Abwasserreinigung einfach erklärt: So funktioniert's

Stell dir vor, du wäschst dir die Hände, duschst oder ziehst die Spülung der Toilette. Das schmutzige Wasser verschwindet im Abfluss – aber wohin eigentlich? Die Abwasserreinigung sorgt dafür, dass dieses Wasser nicht einfach so in unseren Flüssen und Seen landet.

Es macht eine spannende Reise durch eine sogenannte Kläranlage. Dort wird es in mehreren cleveren Schritten gewaschen und gereinigt, bis es wieder so sauber ist, dass es der Natur zurückgegeben werden kann. In diesem Artikel schauen wir uns an, wie diese riesige „Waschmaschine für Wasser“ genau funktioniert!

Vorwissen

• Filtrieren und Sieben: Feste Stoffe werden durch ein Hindernis (Filter oder Gitter) von einer Flüssigkeit getrennt.

  Beispiel: Wenn du Nudeln abgießt, hält das Nudelsieb die festen Nudeln zurück, während das flüssige Wasser hindurchfließt.

• Dichteunterschiede (Absetzen und Aufschwimmen): Schwere Stoffe sinken in Wasser zu Boden, sehr leichte Stoffe schwimmen oben.

  Beispiel: Ein Stein sinkt im Wasser sofort ab, während ein Tropfen Speiseöl an der Oberfläche schwimmt.

Aufgabentyp 1: Die mechanische Reinigungsstufe

Wenn das Abwasser in der Kläranlage ankommt, ist es voller grober Dinge wie Toilettenpapier, Essensresten oder Sand. Diese werden in der ersten Station, der mechanischen Reinigung, durch einfache physikalische Tricks entfernt.

Zuerst fließt das Wasser durch den Rechen. Das ist wie ein riesiger Kamm aus Metallstäben. Er funktioniert wie ein Sieb und hält alle großen Gegenstände wie Äste, Feuchttücher oder Plastikmüll zurück.

Danach fließt das Wasser in den Sandfang. Hier wird Luft in das Wasser geblasen, damit leichte Schmutzteilchen schweben bleiben. Der schwere Sand hingegen sinkt auf den Boden und kann abgepumpt werden. Gleichzeitig schwimmen sehr leichte Stoffe wie Öle und Fette an der Wasseroberfläche auf und werden dort einfach abgesaugt.

Die letzte Station dieses Schrittes ist das Vorklärbecken. Hier wird das Wasser extrem langsam. Weil das Wasser fast stillsteht, haben nun auch die feineren, schwebenden Schmutzteilchen Zeit, langsam auf den Boden zu sinken. Dieser abgesetzte Schmutz wird Rohschlamm genannt und wird vom Boden abgepumpt.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Lasse das Wasser durch den Rechen fließen, um große Gegenstände herauszufiltern.
2. Pumpe Luft in den Sandfang, damit Sand absinkt und Fette aufschwimmen.
3. Beruhige das Wasser im Vorklärbecken, damit sich feine Schwebstoffe als Rohschlamm absetzen.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Wir bauen eine Mini-Kläranlage. Zweck: Wir simulieren die mechanische Reinigungsstufe (Rechen, Sandfang und Vorklärbecken), um zu sehen, wie unterschiedlich große Schmutzpartikel herausgefiltert werden. Materialien: 1 leere Plastikflasche (durchsichtig), 1 Schere, 1 Kaffeefilter, 100 g grober Kies, 100 g feiner Sand, 1 Becherglas (oder ein normales Trinkglas), 200 mL schmutziges Wasser (Wasser gemischt mit etwas Erde, Sand und kleinen Zweigen). ⚠️ Sicherheitshinweis: Vorsicht beim Umgang mit der Schere. Das gefilterte Wasser am Ende ist kein Trinkwasser! Nicht trinken, da noch unsichtbare Bakterien enthalten sein können.

Lösung Schritt für Schritt

Fortschritt

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   Schritt 1
   Flasche vorbereiten

   Schneide den Boden der Plastikflasche mit der Schere ab. Stecke den Kaffeefilter in den Flaschenhals (die Öffnung, wo normalerweise der Deckel ist).

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   Schritt 2
   Schichten einfüllen

   Fülle zuerst den feinen Sand in die Flasche (auf den Kaffeefilter) und danach den groben Kies oben auf den Sand.

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   Schritt 3 · Ergebnis
   Wasser filtern

   Stelle die Flasche kopfüber in das Becherglas. Gieße das schmutzige Wasser langsam oben auf den Kies.

Ergebnis:

Die großen Zweige bleiben ganz oben auf dem groben Kies liegen. Die dunkle Erde bleibt in der Sandschicht stecken. Unten aus dem Kaffeefilter tropft Wasser in das Becherglas, das deutlich klarer und sauberer aussieht als vorher. Dieses Experiment zeigt genau, wie die mechanische Reinigung funktioniert. Der Kies wirkt wie der Rechen und hält den ganz groben Schmutz zurück. Der Sand und der Kaffeefilter wirken wie das Vorklärbecken, in dem sich die feineren Schwebstoffe verfangen. Das Wasser ist nun mechanisch gereinigt, enthält aber noch gelöste Stoffe – dafür bräuchte man jetzt die Bakterien!

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Aufgabentyp 2: Die biologische Reinigungsstufe

Nach der mechanischen Reinigung sieht das Wasser schon recht klar aus, aber es enthält noch viel unsichtbaren, gelösten Schmutz (wie Urin oder gelöste Essensreste). Jetzt kommen winzige Helfer zum Einsatz: Bakterien und andere Mikroorganismen.

Im Belebtschlammbecken wimmelt es von diesen Mikroorganismen. Sie bilden kleine Klümpchen, die man Belebtschlamm nennt. Diese Bakterien ernähren sich von dem gelösten Schmutz im Wasser – sie fressen ihn quasi auf! Damit die Bakterien diese harte Arbeit leisten können, müssen sie atmen. Deshalb wird das Becken ständig umgewälzt und mit sehr viel Sauerstoff belüftet.

Wenn der Schmutz aufgefressen ist, fließt das Wasser in das Nachklärbecken. Hier wird das Wasser wieder ganz ruhig. Die vollgefressenen Bakterien (der Belebtschlamm) sind nun schwer und sinken auf den Boden. Das saubere Wasser bleibt oben und kann weiterfließen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Leite das Wasser in das Belebtschlammbecken zu den Bakterien.
2. Belüfte das Becken mit viel Sauerstoff, damit die Bakterien den Schmutz fressen können.
3. Lasse das Wasser im Nachklärbecken ruhen, damit die Bakterien zu Boden sinken.

Aufgabentyp 3: Die chemische Reinigungsstufe

Manche Stoffe lassen sich weder durch Absinken noch durch Bakterien entfernen. Ein großes Problem sind Phosphate. Diese stecken oft in Waschmitteln und sind im Wasser komplett unsichtbar gelöst. Wenn zu viele Phosphate in Flüsse gelangen, wachsen dort zu viele Algen, was den Fischen schadet.

Um diese Stoffe zu entfernen, nutzt die Kläranlage einen chemischen Trick: die Flockungsfiltration. Dem Wasser werden spezielle Metallsalze (Flockungsmittel) hinzugefügt. Diese Salze wirken wie ein Magnet auf die gelösten Phosphate.

Wenn sich die Metallsalze und die Phosphate verbinden, entsteht eine chemische Reaktion. Aus den unsichtbaren, gelösten Stoffen werden plötzlich feste, sichtbare Krümel – die sogenannten unlöslichen Flocken. Diese Flocken sind nun groß genug, um sie einfach mit einem Filter aus dem Wasser herauszufiltern.

Jetzt ist das Wasser endlich sauber genug! Es wird über den sogenannten Vorfluter (meistens ein nahegelegener Fluss oder Bach) wieder in die Natur und den natürlichen Wasserkreislauf entlassen.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Füge dem Wasser spezielle Metallsalze als Flockungsmittel hinzu.
2. Lasse die Metallsalze mit den gelösten Phosphaten reagieren, sodass feste Flocken entstehen.
3. Filtere die entstandenen Flocken aus dem Wasser heraus.

Aufgabentyp 4: Klärschlammbehandlung und Biogasgewinnung

Erinnerst du dich an den Rohschlamm aus dem Vorklärbecken und den überschüssigen Bakterienschlamm aus dem Nachklärbecken? Dieser ganze Schlamm wird gesammelt und in ein riesiges, oft eiförmiges Gebäude gepumpt: den Faulturm.

Im Faulturm ist es warm und es gibt absolut keinen Sauerstoff. Hier leben ganz spezielle Bakterien, die den Schlamm zersetzen (sie lassen ihn faulen). Bei diesem Abbauprozess pupsen die Bakterien gewissermaßen ein Gas aus: das Methangas (auch Faulgas genannt).

Dieses Methangas ist hochentzündlich und extrem nützlich! Die Kläranlage fängt das Gas in einem Gasbehälter auf und verbrennt es, um Strom und Wärme für die eigenen Pumpen und Gebäude zu erzeugen. Aus Abfall wird also wertvolle Energie gewonnen.

Der Schlamm, der am Ende im Faulturm übrig bleibt, wird getrocknet. Da er oft noch Reste von Medikamenten oder Schwermetallen enthält, darf er in Deutschland nicht einfach auf eine Mülldeponie geworfen werden. Er wird meistens in speziellen Anlagen verbrannt. Nur wenn der Schlamm streng kontrolliert und völlig frei von Schadstoffen ist, darf er von Bauern als Dünger auf die Felder gestreut werden.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Pumpe den gesammelten Klärschlamm in den warmen, sauerstofffreien Faulturm.
2. Lasse spezielle Bakterien den Schlamm zersetzen, wobei Methangas entsteht.
3. Fange das Methangas auf und verbrenne es zur Energiegewinnung.
4. Trockne den restlichen Schlamm und verbrenne ihn oder nutze ihn als Dünger.

Wichtige Erkenntnisse

• Mechanische Stufe: Rechen, Sandfang und Vorklärbecken entfernen groben Schmutz durch Sieben und Absetzen.
• Biologische Stufe: Bakterien im Belebtschlammbecken fressen gelösten Schmutz. Sie benötigen dafür viel Sauerstoff.
• Chemische Stufe: Metallsalze verwandeln unsichtbare, gelöste Stoffe (wie Phosphate) in feste Flocken, die herausgefiltert werden.
• Klärschlamm: Der gesammelte Schlamm wird im Faulturm von Bakterien zersetzt. Dabei entsteht brennbares Methangas zur Energiegewinnung.