Physikalische und biologische Abwasserreinigung einfach erklärt

Hast du dich schon einmal gefragt, was passiert, wenn du die Toilettenspülung drückst oder das Wasser nach dem Duschen abfließt? Das schmutzige Wasser verschwindet nicht einfach, sondern tritt eine spannende Reise an!

Bevor dieses Abwasser wieder in unsere Flüsse und Seen geleitet werden darf, muss es gründlich gereinigt werden. Das passiert in einer Kläranlage. In dieser Lektion lernst du alles über die physikalische und biologische Abwasserreinigung und wie man sich einfache physikalische Tricks und winzige, hungrige Lebewesen zunutze macht, um das Wasser Schritt für Schritt wieder sauber zu bekommen.

Vorwissen

• Dichte (Schwimmen und Sinken): Schwere Stoffe sinken im Wasser zu Boden, während sehr leichte Stoffe an der Oberfläche schwimmen. Beispiel: Ein Stein sinkt im See sofort ab, während ein Tropfen Speiseöl oben auf dem Wasser schwimmt.
• Trennverfahren (Sieben): Man kann feste Stoffe von Flüssigkeiten trennen, indem man sie durch ein Gitter fließen lässt. Beispiel: Wenn du Nudeln abgießt, hält das Sieb die großen Nudeln zurück, während das flüssige Wasser hindurchfließt.

Aufgabentyp 1: Die mechanische Reinigungsstufe

Wenn das Abwasser in der Kläranlage ankommt, ist es voller Müll, Sand und Schmutz. Die erste Station ist die mechanische Reinigungsstufe. Hier werden physikalische Trennverfahren genutzt, um den groben Schmutz wie mit einem riesigen Werkzeugkasten aus dem Wasser zu holen.

Das Wasser durchläuft dabei drei wichtige Stationen:

• Der Rechen: Das ist wie ein riesiges Sieb aus dicken Eisenstäben. Das Wasser fließt hindurch, aber Grobstoffe wie Toilettenpapier, Feuchttücher oder Plastiktüten bleiben an den Stäben hängen und werden herausgekämmt.
• Der Sandfang: Hier wird Luft in das Wasser geblasen, damit es leicht sprudelt. Das hält leichte Schmutzteilchen in der Schwebe. Der schwere Sand und kleine Steine sinken jedoch zu Boden und können abgepumpt werden. Gleichzeitig sammeln sich leichte Stoffe wie Öle und Fette an der Wasseroberfläche und werden von einem Schieber einfach abgeschöpft.
• Das Vorklärbecken: Jetzt fließt das Wasser in ein sehr großes Becken. Weil das Becken so breit ist, wird das Wasser extrem langsam. Durch diese Ruhezeit können nun auch die feineren, schwebenden Schmutzteilchen langsam zu Boden sinken. Dieser abgesetzte Schmutz wird Rohschlamm genannt.

Modell einer mechanischen Kläranlage

Zweck: Wir beobachten, wie sich Schmutz durch Sieben und Dichteunterschiede vom Wasser trennen lässt.

Materialien: Ein großes Becherglas, Wasser, 2 Esslöffel Sand, 2 Esslöffel Speiseöl, zerrissenes Papier, ein kleines Küchensieb, ein Löffel.

Durchführung:

1. Mische das Wasser, den Sand, das Öl und das Papier im Becherglas kräftig durch. Das ist unser künstliches Abwasser.
2. Gieße die Mischung durch das Küchensieb in ein zweites Becherglas.
3. Lass das zweite Becherglas für 5 Minuten völlig ruhig stehen.
4. Schöpfe danach die oberste Schicht vorsichtig mit dem Löffel ab.

Beobachtung: Das Papier bleibt im Sieb hängen. Nach der Wartezeit hat sich der Sand am Boden des Becherglases gesammelt. Das Öl schwimmt ganz oben auf dem Wasser.

Erklärung: Das Sieb wirkt wie der Rechen in der Kläranlage und hält Grobstoffe zurück. Weil Sand schwerer als Wasser ist, sinkt er zu Boden (wie im Sandfang und Vorklärbecken). Das Öl ist leichter als Wasser, schwimmt oben und kann abgeschöpft werden.

Aufgabentyp 2: Die biologische Reinigungsstufe

Nach der mechanischen Reinigung sieht das Wasser schon recht klar aus, aber es enthält noch unsichtbaren, gelösten Schmutz (wie Urin oder gelöste Seife). Um diesen zu entfernen, nutzt die Kläranlage die biologische Reinigungsstufe. Hier übernehmen winzige Helfer die Arbeit.

• Das Belebtschlammbecken: In diesem Becken wimmelt es von Milliarden winziger Bakterien und Mikroorganismen. Sie bilden kleine Flocken, den sogenannten Belebtschlamm. Diese Bakterien ernähren sich von dem gelösten Schmutz im Wasser – sie fressen ihn quasi auf! Damit sie diese harte Arbeit leisten können, müssen sie atmen. Deshalb wird das Becken ständig umgewälzt und es wird viel Sauerstoff in Form von Luftblasen in das Wasser gepumpt.

• Das Nachklärbecken: Wenn die Bakterien den Schmutz aufgefressen haben, fließt das Wasser in das letzte Becken. Hier ist das Wasser wieder ganz ruhig. Die vollgefressenen Bakterienflocken sind nun schwer genug, um langsam zu Boden zu sinken. Das saubere Wasser bleibt oben und kann endlich zurück in den Fluss geleitet werden!

Schritt-für-Schritt-Anleitung

Wenn du in einer Aufgabe entscheiden musst, wo ein bestimmter Schadstoff aus dem Wasser geholt wird, stelle dir diese Fragen in genau dieser Reihenfolge:

1. Schritt 1: Ist der Gegenstand groß und fest? Wenn ja (z. B. Äste, Plastik, Lappen), bleibt er ganz am Anfang im Rechen hängen.
2. Schritt 2: Ist der Stoff sehr schwer (sinkt schnell) oder schwimmt er oben? Schwere, körnige Stoffe (Kies, Sand) sinken im Sandfang ab. Leichte Stoffe (Öl, Fett) schwimmen hier oben und werden abgeschöpft.
3. Schritt 3: Ist es feiner Schmutz, der im Wasser schwebt? Dieser feine Schmutz braucht viel Zeit zum Absinken. Das passiert im ruhigen Vorklärbecken.
4. Schritt 4: Ist der Schmutz unsichtbar im Wasser gelöst? Gelöste Stoffe (z. B. Zucker, Urin) können nicht absinken oder herausgesiebt werden. Sie müssen in der biologische Stufe von Bakterien gefressen werden.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Mechanische Stufe: Nutzt physikalische Tricks wie Sieben und Dichteunterschiede.
• Rechen: Siebt große Feststoffe aus.
• Sandfang & Vorklärbecken: Lassen schwere Stoffe (Sand, Schlamm) absinken und leichte Stoffe (Öl) aufschwimmen.
• Biologische Stufe: Bakterien fressen gelösten Schmutz. Sie brauchen dafür dringend Sauerstoff.