These micropollutants or trace substances have been shown to have significant consequences for the environment. For example, certain beta blockers, anti-epileptic drugs and contraceptives cause damage and changes to the organs, sexual characteristics and behaviour of fish if they get into the water. Scientists are currently studying how they damage the human organism.
For the most part, microplastics measuring five micrometres to five millimetres and trace substances can only be removed in a fourth purification stage. This is achieved by adding activated carbon powder to the water in a contact tank. The activated carbon with its porous and crumbly structure has a large internal surface area. In physical terms, one teaspoon of activated carbon powder has the same surface area as a football pitch. This surface area provides lots of room for the trace substances to accumulate. The activated carbon-enriched water is kept in the contact tank for 15 to 20 minutes to allow this to happen. In conventional plants a further tank, called a sedimentation tank, is required to remove the activated carbon from the water after this purification process. The activated carbon falls to the bottom of the tank and, together with the attached trace substances, is later separated with the sewage sludge and burned. Apart from the contact tank for activated carbon treatment, a bigger investment in a large sedimentation tank that takes up a disproportionately large amount of space is also required. Measurements have revealed that this method removes 80 per cent of the pharmaceutical residues and X-ray contrast agents from the wastewater. Wastewater treatment plants without this fourth purification stage only hold back around 30 per cent of the trace substances collected.
Aber die Entfernung von 80 Prozent der Mikroschadstoffe waren der ostwestfälischen Kleinstadt Barntrup noch zu wenig, zumal das gereinigte Wasser über ein Flusssystem in ein Trinkwassereinzugsgebiet gelangen kann. „Daher entschied man sich in Barntrup für die weltweit erste Reinigungsanlage mit Fuzzy Filtern® der Firma Bosman Watermanagement“, erklärt Frank Waermer, Geschäftsführer und Beratender Ingenieur des Ingenieurbüros Danjes aus Detmold. „Mit der eingesetzten Filteranlage erreichen wir sogar die Eliminierung von 95 Prozent aller Spurenstoffe sowie zusätzlich die Reinigung des Abwassers von Mikroplastik und Phosphor.“ Das Ingenieurbüro Danjes hat die gesamte Anlage geplant und die Umsetzung koordiniert.
„Kernstück der Filteranlage sind die Fuzzy Filter® Balls“, sagt Dr. Kathrin Gantner, Büroleiterin der Bosman Watermanagement GmbH in Berlin. Bosman ist der Anlagenbauer der Filter und Flockulatoren. Die Fuzzy Filter® Balls bestehen aus synthetischen Fasern, die mit Hilfe eines Clips zu einer Kugel von etwa 33 Millimetern Durchmesser verarbeitet sind. Die hohe Porosität und die geringe Dichte des Mediums sorgen dafür, dass eine Fuzzy-Filter®-Anlage mindestens die zwei- bis dreifache Menge an abfiltrierbaren Feststoffen aufnehmen kann wie Sand- oder Tuchfilter – eine wahre Wunderfaser gegen Mikroschadstoffe.
Im Unterschied zu konventionellen Filtersystemen strömt die zu filtrierende Flüssigkeit sowohl um das Filtermaterial herum als auch durch dieses hindurch – und nicht am Medium entlang, wie dies bei Sandfiltern der Fall ist. Die zu filtrierende Suspension fließt in die Verteilerkammer unter dem Filterbett. In der Verteilerkammer wird das einströmende Wasser gleichmäßig über die Filteroberfläche verteilt, bevor es durch die untere festmontierte, perforierte Platte in das Filterbett hineinströmt. Im Filterbett werden die an die Aktivkohle adsorbierten Mikroschadstoffe, der gefällte Phosphor und Mikroplastik aufgefangen und das gefilterte Wasser strömt an der Oberseite wieder aus dem Fuzzy Filter® hinaus.
Sobald ein vorgegebener Trübungswert oder ein vorher definierter Maximaldruck im Filterbett erreicht ist, wird der Rückspülzyklus gestartet. Bei der Rückspülung strömt Rohwasser in den Filter, während ein externes Gebläse Spülluft einbläst, um das Filtermedium in Bewegung zu versetzen. Die Filterbällchen, die sich zwischen den perforierten Platten frei bewegen, werden vom Luftstrom wie bei einem Tanz in Turbulenzen versetzt, so dass sich an- und eingelagerte Schmutzpartikel lösen und aus dem Filter herausgespült werden.
Die Aktivkohle wird mit dem Spülabwasser zurück ins Belebungsbecken geführt und ein weitergehender Reinigungsprozess initiiert, da die Aktivkohle nach dem ersten Spülgang noch Ladekapazitäten für Mikroschadstoffe hat. Sie ist nach einem Reinigungsvorgang erst zu einem Bruchteil mit Spurenstoffen beladen. „Dieser Vorgang kann mehrmals wiederholt werden, so dass sich mit dem Fuzzy Filter®-Verfahren von Bosman viel mehr Mikroschadstoffe unschädlich machen lassen als beim Aktivkohle-Einwegverfahren. Bei diesem wird die Aktivkohle nach einem einzigen Reinigungsgang im Absetzbecken mit dem Klärschlamm vereint und abgezogen“, erklärt Gantner.
Das automatisierte Öffnen und Schließen sämtlicher Klappen und Schieber zum Einströmen des mit Mikroschadstoffen belasteten Abwassers und zum Ausströmen des gereinigten Wassers übernehmen Schwenkantriebe vom Typ DAPS sowie die Linearantriebe DLP – alle pneumatisch. Weitere Klappen und Schieber mit den genannten pneumatischen Antrieben führen Spülluft zu und öffnen und schließen den Schlammabzug. Im kleinen Pumpwerk, das Wasser von der biologischen Klärstufe in die vierte Reinigungsstufe pumpt, sind ebenfalls automatisierte Schieber am Werk.
Beim Schwenkantrieb DAPS wird das Drehmoment mit einer Hebel-Schwinge-Kinematik erzeugt, um hohe Losbrechmomente der Armatur zu überwinden. Die Robustheit und Drehmomentabstufung sorgt für Sicherheit bei Armaturen mit auf 90° beschränktem Drehwinkel wie etwa Kugelhähnen und Absperrklappen. Die pneumatischen Linearantriebe DLP wirken direkt auf die Schieberplatte und ermöglichen das zuverlässige Öffnen/Schließen oder auch das genaue Anfahren verschiedener Positionen von Absperr- und Regelschiebern.
Die modularen MPA-Ventilinseln mit Multipol steuern die Antriebe an. Diese Ventilinseln sowie Wartungseinheiten der MS6-Reihe sind sicher in Schaltschränken geschützt, die Festo einbaufertig geliefert hat. „Wie wir schon in vielen unserer Projekte erlebt haben, zeichnen sich die pneumatischen Komponenten von Festo durch hohe Robustheit und Zuverlässigkeit aus“, so Waermer. „Pneumatik ist in unseren Wasser- und Abwasserprojekten gegenüber elektrischen Lösungen erste Wahl, weil pneumatische Komponenten deutlich kostengünstiger und viel kompakter als elektrische sind. Außerdem bringen sie den Ex-Schutz gleich mit und lassen sich selbst bei Stromausfall mit ihrem Druckluft-Reservoir noch für eine bestimmte Zeit bedienen.“
„Bei Planung und Ausführung des Projekts hat uns Festo Experte Winfried Plaßmann immer mit Fachkompetenz und hohem Einsatz zur Seite gestanden“, ergänzt Barntrups Abwassermeister Hermann Klippenstein. „Überzeugend war für uns nicht nur die Zuverlässigkeit und Durchgängigkeit der pneumatischen Systeme – inklusive Anschluss ans Prozessleitsystem, sondern auch die Zuverlässigkeit in der Beratung“, meint Ingenieur Waermer.