Verhalten von Mikrokunststoffen in Abwasserbehandlungsanlagen

Spelthahn, Vanessa; Pinnekamp, Johannes (Thesis advisor); Barjenbruch, Matthias (Thesis advisor); Wintgens, Thomas Josef (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2023)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023

Kurzfassung

Neben diffuser land- und seeseitiger Eintragspfade, gelangten Kläranlagen in den Fokus, potenzielle Eintragspfade für Mikrokunststoffe in die Gewässer darzustellen. Kläranlagen, die nach dem Stand der Technik errichtet wurden, sind nicht dafür ausgelegt kleinste Feststoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Jedoch fehlen für die Probenahme, Probenvorbereitung und Analytik zum Nachweis von Mikrokunststoffen in verschiedensten Umweltmatrizen einheitliche Vorgaben in Form von Normen oder anderen Regelwerken. Der Kenntnisstand über in die Gewässer eingeleitete Mikrokunststoffe ist demnach gering und wenig vergleichbar. Das Ziel der Arbeit war die Untersuchung des Vorkommens von Mikrokunststoffen im Abwasser und des Verhaltens dieser in Abwasserbehandlungsanlagen. Untersucht wurden verschiedene mechanisch-biologische Kläranlagen mit Filtrationsstufe, die sich in ihrer Anschlussgröße und Verfahrenstechnik unterscheiden. Außerdem fand der Vergleich mit einem Regenüberlaufbecken statt und die Gewässerbelastung eines Einleitgewässers, vor und hinter der Einleitstelle, wurde geprüft. Es konnte keine Abhängigkeit der Mikrokunststoffkonzentrationen von den Einzugsgebieten der Kläranlagen festgestellt werden. Große Mikrokunststoffe ließen sich im Abwasserreinigungsprozess besser entfernen als kleine Mikrokunststoffe. Reinigungsleistungen > 99 Gew.-% konnten für alle drei Kläranlagen festgestellt werden. Es war demnach unerheblich, ob die Abwasserreinigung in einer kleinen, eher einfachen und großen, eher komplexen Kläranlage erfolgte. Auch bei Regenwetter wurden vergleichbar hohe Reinigungsleistungen festgestellt. Tendenziell verringerte sich jedoch die Zulaufkonzentration (Verdünnungseffekt) zur Kläranlage und die Ablaufkonzentration erhöhte sich. Die höhere Ablaufkonzentration ließ sich auf die höhere hydraulische Belastung der Kläranlage und die verringerten Aufenthaltszeiten zurückführen. Die Reinigungsleistung des Regenüberlaufbeckens war deutlich niedriger als die der Kläranlagen. Eine aussagekräftige Frachtabschätzung (Hochrechnung) für Mikrokunststoffeinträge über Kläranlagen und Regenüberlaufbecken in NRW und Deutschland war, aufgrund der sehr großen Spannweiten zwischen minimalen und maximalen Konzentrationen im eingeleiteten Abwasser, nicht möglich. Die Abweichungen der Frachtabschätzungen für das Best-Case- und Worst-Case-Szenario lagen im drei bis vierstelligen Bereich (t/a). Die Heterogenität der ermittelten Werte in dieser als auch in anderen wissenschaftlichen Arbeiten muss bei der Einordnung und Aussagekraft der Ergebnisse zwingend berücksichtigt werden. Zudem müssen zur Vergleichbarkeit zukünftiger Ergebnisse Standards für die Methoden festgelegt werden.

Einrichtungen

• Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Wassergütewirtschaft und Institut für Siedlungswasserwirtschaft [314110]