Rückhalt von Mikroplastik in abwasser und kläranlagen

Autor: Patricia Pfister , 29.06.2020

Mikroplastik ist ein globales Umweltproblem: Über Abfluss, Kanalisation und Kläranlagen gelangen die winzigen Kunststoffpartikel in Flüsse und Meere.

Im Jahr 2016 wurden 335 Millionen Tonnen Kunststoff weltweit produziert. Rund drei Prozent – nach Schätzungen der Weltnaturschutzunion IUCN jährlich 9,5 Millionen Tonnen – davon gelangen in die Ozeane. Jährlich fallen laut Umweltbundesamt bis zu 500 Tonnen aus Kosmetik- und Körperpflegeprodukten, bis zu 400 Tonnen Chemiefasern aus synthetischen Textilien und 110.000 Tonnen Reifenabrieb allein in Deutschland an.

Ob per Auto, zu Fuß, bei der täglichen Körperpflege oder beim Wäschewaschen: Permanent gelangen Mikropartikel aus Plastik in die Kanalisation und von dort über Flüsse und Seen ins Meer. Schätzungen zufolge werden so jedes Jahr 2,5 Millionen Tonnen Mikroplastik – weniger als fünf Millimeter große Kunststoffpartikel – in die Ozeane gespült. Im Kampf gegen dieses globale Umweltproblem rief das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) eines der weltweit größten Forschungsprogramme mit 18 Projekten zum Thema Plastik ins Leben. Bis 2021 sollen Herkunft, Verbreitung und Auswirkung der mikroskopisch kleinen Plastikpartikel erforscht und Lösungen zur Vermeidung ihres Eintrags in die Gewässer entwickelt werden. In gleich mehreren dieser Projekte nehmen Optimierte Tressen (OT) von GKD – Gebr. Kufferath AG, Technologieführer im Bereich gewebter Filtermedien, eine Schlüsselrolle für die Erforschung von Mikroplastik ein. Sie erweisen sich sowohl im Kläranlagenablauf als auch für die Filtration von Mischwasser und Straßenabflusswasser als hocheffiziente Lösung. ­    

25 Kilogramm Plastikmüll pro Kopf und Jahr
60 Jahre nach der Entwicklung von Kunststoff werden einer aktuellen Studie der Weltnaturschutzunion IUCN zufolge in jedem Jahr weltweit 300 Millionen Tonnen Plastik verbraucht. Allein in Deutschland beträgt das jährliche Pro-Kopf-Aufkommen 25 Kilogramm Plastikmüll, davon sind vier Kilogramm Mikroplastik. Schleifkörper in Kosmetik-, Wasch- und Putzmitteln sowie Faserabrieb, der beim Waschen und Trocknen synthetischer Textilien entsteht, leisten dazu einen erheblichen Beitrag. Auch der Abrieb von Schuhsohlen ist eine maßgebliche Mikroplastik-Quelle. Mit Abstand größter Verursacher in Deutschland ist jedoch Reifenabrieb mit 110.000 Tonnen pro Jahr. So erfolgt ein Viertel des Mikroplastikeintrags in die Meere über den Ablauf von Kläranlagen, zwei Drittel trägt der Straßenabfluss bei. Beiden Eintrittspfaden widmet sich die TU Berlin zusammen mit einer Reihe von Projektpartnern in zwei Forschungsprojekten. Als einziges Unternehmen aus der verarbeitenden Industrie ist GKD in beiden als Entwicklungspartner eingebunden. Im Projekt Optimierte Materialien und Verfahren zur Entfernung von Mikroplastik aus dem Wasserkreislauf (OEMP) ist GKD nicht nur Technologiepartner, sondern auch Projektleiter. Um den Mikroplastikrückhalt in der kommunalen Abwasserbehandlung zu verbessern, galt es, neue Filtermedien mit einem Partikelrückhalt größer 5 bis 6 μm zu entwickeln, die den in Kläranlagen geforderten Durchflussraten standhalten. Die bisher dort schwerpunktmäßig eingesetzten Kunststofffiltermedien haben konstruktionsbedingt eine maximale Porenfeinheit von 15 μm – allerdings mit Toleranzen von 4 bis 5 μm.    

Praxistext im Kläranlagenablauf bestanden    
Auf Basis der seit langem auch in der Wasserwirtschaft bewährten Optimierten Tressengewebe aus Edelstahl entwickelte GKD Varianten dieser Gewebefamilie mit Abscheideraten im Mikrofiltrationsbereich mit 8 und 6 μm Maschenweite. So hat die OT 6 mit ihrer webtechnisch erzeugten Porenöffnung eine absolute Porengröße von 6 μm. Damit können An­lagenbetreiber garantieren, dass sie keine sphärischen Partikel über 6 μm Größe in Oberflächengewässer leiten. Dennoch gewährleistet dieses Feinstfiltermedium den erforderlichen Wasserdurchsatz. Nach zahlreichen ­Laborversuchen stellen diese innovativen Hochleistungsgewebe in der Berliner Kläranlage Ruhleben ihre Effizienz im Rückhalt von Mikroplastik auch in praxisnahen Pilotanlagen erfolgreich unter Beweis. Bisherige Anlagen in modernen Kläranlagen halten Studien zufolge 98 Prozent der Kunststoffpartikel zurück. Mit OT bespannte Scheibenfilter können den verbleibenden Anteil signifikant reduzieren: Beim Einsatz des Standardgewebes OT 20 sinkt der Anteil an Feststoffen im Ablaufwasser bereits auf zwei Milligramm je Liter Schmutzfracht. Die OT 6 senken ihn bei vergleichbar hohem Durchfluss nochmals um 50 Prozent, sodass nur noch ein Milligramm dieser abfiltrierbaren Stoffe pro Liter Schmutzfracht enthalten ist. Analoge Ergebnisse wurden auch bei Messungen an Mischwasserbecken der Berliner Wasserwerke erzielt, deren Mix aus Straßenabflusswasser und ungeklärtem Haushaltsabwasser den anspruchsvollsten Abwassertyp darstellt. Diesen exzellenten Partikelrückhalt paart die einlagige Gewebekonstruktion mit hoher Schmutzaufnahmekapazität, geringer Verblockungsneigung, guter Rückspülbarkeit und robuster mechanischer Festigkeit. Anders als die bisher eingesetzten Kunststofffilter sind die aus Edelstahldraht gefertigten OT zudem unempfindlich gegenüber prozessbedingter Abrasion, sodass sie keine Kontamination durch Abrieb verursachen.    

99 % Feststoffrückhalt im Straßenablauf    
Die im Projekt OEMP von GKD unter Beweis gestellte Engineering- und Fertigungskompetenz gab den Ausschlag, die Dürener Filtrationsexperten auch bei dem Folgeprojekt Reifenabrieb in der Umwelt (RAU) einzubinden. Hier übernahm GKD die Aufgabe, einen Probenahmekorb zu entwickeln, der durch eine definierte Fraktionierung von Feststoffen die Untersuchung von Entstehung, Beschaffenheit und Eintrag von Reifenabrieb in den Straßenabfluss ermöglicht. Vorbild dieses Korbs, der in den üblichen Gullys am Straßenrand ein­gesetzt wird, waren die dort verwendeten Laubfangkörbe. Dadurch war seine universelle Einsetzbarkeit gesichert. Mit analogen Abmessungen entwickelte GKD einen Probenahmekorb, dessen Kernelement eine integrierte Filterkaskade ist. Diese Siebstapel aus bis zu sechs Siebpfannen mit Filtermedien unterschiedlicher Porenöffnungen erlauben es, die unterschiedlichen Fraktionen eines kompletten Regenschauers – vom Niesel- bis zum Platzregen – durch eine integrierte Online-Messung automatisch zu erfassen und beproben. Auch hier hat das OT 6-Gewebe eine Schlüsselrolle, da es den Rückhalt aller Feststoffe oberhalb von 6 μm sicherstellt. Insgesamt 40 dieser Siebstapel stellt GKD für das Projekt RAU zur Verfügung, die in Berlin getestet werden – an einer sechsspurigen Straße, die täglich von 30.000 PKW und LKW befahren wird, ebenso wie an der Teststrecke des Reifenherstellers und Projektpartners Continental oder an der Landebahn am Berliner Flughafen.    

Projektübergreifend gefragte Expertise in Forschung und Industrie    
Da mit diesen Probenahmekörben erstmals eine wissenschaftlich abgesicherte und damit vergleichbare Beprobung des gesamten Straßenablaufwassers gewährleistet ist, wendeten sich bereits verschiedene weitere Unternehmen und Institutionen an deren Erfinder GKD. So unterstützt der Filterspezialist mit diesen Siebstapeln auch das Projekt Repräsentative Untersuchungsstrategien für ein integratives Systemverständnis von spezifischen Einträgen von Kunststoffen in die Umwelt (RUSEKU) unter Federführung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Berlin.

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Die integrierte Filterkaskade des Probenahmekorbs von GKD besteht aus bis zu sechs Siebpfannen mit Filtermedien unterschiedlicher Porenöffnungen. Die von GKD entwickelten OT 6 verringern den Anteil von Feststoffpartikeln im Ablaufwasser auf ein Milligramm pro Liter Schmutzfracht.

Fotos: GKD

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Immer mehr Kunststoffteile gelangen ins Wasser, doch ein wesentlicher Teil davon ist so klein, dass er mit dem freien Auge schwer auszumachen ist: Mikroplastik sind weniger als fünf Millimeter große Kunststoffpartikel. Schätzungen zufolge werden jedes Jahr 2,5 Millionen Tonnen Mikroplastik in die Ozeane gespült.

Foto: GKD

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Mit jährlich bis zu 110.000 Tonnen ist Reifenabrieb in Deutschland der größte Mikroplastik-Verursacher.

Foto: GKD/Bluesky60