Gewässerschutz benötigt effiziente Abwasserbehandlung

Kläranlage in Chemnitzzum Vergrößern anklicken
Kläranlage Chemnitz
Quelle: KIT / IWG

Für den Gewässerschutz stellt die kommunale Abwasserentsorgung einen wichtigen Baustein dar. Über das Abwassersystem können eine Vielzahl von Stoffen unterschiedlicher Herkunftsbereiche (Haushalt, Gewerbe, Gebäude, Straßenabfluss etc.) in Gewässer eingetragen werden. Welchen Beitrag können die Kläranlagen heute zur Reduzierung der Stoffeinträge in die Gewässer leisten?

Inhaltsverzeichnis

 

Stoffe in Kläranlagen

Dank nationaler und internationaler Regelungen sowie durch technischen Fortschritt, besonders bei der Abwasserbehandlung, hat sich die Qualität der Fließgewässer in den letzten 30 Jahren deutlich verbessert. Doch nach wie vor gelangen durch diverse Produkte in Haushalt (wie Putzmittel, Wandfarben, Körperpflegeprodukte und Schädlingsbekämpfungsmittel) und Gewerbe eine Vielzahl an unterschiedlichen Stoffen in das Schmutzwasser und ständig kommen Stoffe und Produkte wie neuartige Medikamente und Biozid-Produkte (beispielsweise Desinfektionsmittel) hinzu.

Das Schmutzwasser wird in der Regel in der Kanalisation gesammelt und in Kläranlagen behandelt. In kombinierten Kanalisationen wird zusätzlich das von versiegelten Flächen ablaufende Regenwasser eingeleitet (Mischsystem). Dieses Niederschlagswasser führt ebenfalls Stoffe von Straßenflächen (z.B. Abrieb von Reifen und Bremsbelägen) oder von Gebäuden (Hausdächer, Fassadenanstriche) mit sich. Diese Stoffgemische in den Kläranlagen aus dem Wasserkreislauf zu entfernen, ist technisch anspruchsvoll und kostenintensiv.

Grundsätzlich sind Maßnahmen zur Vermeidung von Einträgen an den Quellen, zum Beispiel die sachgerechte Entsorgung von Arzneimittelresten, über Anwendungsbeschränkungen oder Anwendungsverbote, über Regelungen zum Stoff- und Produktrecht unerlässlich. Zusätzlich ist der Schadstoffrückhalt in der Kläranlage als „End of Pipe“-Maßnahme wichtig zum Schutz der Umwelt.
In Forschungsvorhaben und der täglichen Arbeit geht das ⁠UBA⁠ der Frage nach: Welchen Beitrag zur Reduzierung der Stoffeinträge leisten die Kläranlagen heute? Ist das ausreichend oder muss die Abwasserbehandlung weiter optimiert werden?

 

Ein koordiniertes Monitoring-Projekt in Deutschland

Durch behördliche Untersuchung wird nur ein kleiner Teil der im kommunalen Abwasser befindlichen Stoffe regelmäßig untersucht. Welche Stoffe das sind regelt die deutsche Abwasserverordnung (AbwV). Um die Belastung zu ermitteln und die Gewässer wirksam zu schützen, sind jedoch Aussagen zum Eintrag weiterer Stoffe aus kommunalen Kläranlagen notwendig. So fordert die Wasserrahmenrichtlinie (WRRL, 2000/60/EG) für ausgewiesene (prioritäre) Schadstoffe eine regelmäßige Bestandsaufnahme der Emissionen und Einleitungen (Richtlinie über Umweltqualitätsnormen (UQN-RL, 2013/39/EU)) mit dem Ziel, den Eintrag dieser Schadstoffe in die Gewässer zu verringern bzw. einzustellen.

Um Kenntnislücken zu schließen und Aussagen zur Relevanz der kommunalen Kläranlagen als Eintragspfad von Stoffen in Gewässer treffen zu können, wurde in Zusammenarbeit von Bund und Ländern im Jahr 2011 ein zweistufiges ⁠Monitoring⁠-Konzept entwickelt. In der ersten Stufe wurden, finanziert durch die Länder, konzeptionelle Ansätze zu Probenahme und Analytik erarbeitet. Für die zweite Stufe finanzierten Länder und Bund die Umsetzung dieses Konzepts auf insgesamt 49 konventionellen kommunalen Kläranlagen (ohne 4. Reinigungsstufe) (Abbildung 1). Über ein Jahr, von 2018 bis 2019, wurden Langzeitmischproben der Kläranlagenabläufe auf insgesamt 77 Einzelstoffe aus unterschiedlichen Stoffgruppen (wie Schwermetalle, polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (⁠PAK⁠), Biozide, Phenole) mit Anwendungen des täglichen Lebens untersucht (Toshovski et al. 2020; Fuchs et al. 2020). Auf fünf der Anlagen wurden zusätzlich Zulauf- und Klärschlammproben untersucht.

Das Umweltbundesamt hat das Vorhaben fachlich und administrativ begleitet.

Abbildung 1: Kläranlagenstandorte im deutschlandweiten Monitoring-Projekt
Abbildung 1: Kläranlagenstandorte im deutschlandweiten Monitoring-Projekt
Quelle: KIT / IWG
 

Stoffe im Ablauf von konventionellen kommunalen Kläranlagen

Die untersuchten 77 Stoffe waren unterschiedlich häufig im Ablauf der 49 kommunalen Kläranlagen zu finden. Über die Hälfte der Stoffe wurden nie oder nur im Einzelfall im Ablauf der Kläranlagen nachgewiesen. Hierfür kann es unterschiedliche Gründe geben:

  • die betreffenden Stoffe werden nicht oder nur in sehr geringen Mengen in das kommunale Abwasser eingetragen,
  • die Stoffe kommen in sehr geringen Konzentrationen vor und die derzeit verfügbaren Analysemethoden sind noch nicht empfindlich genug, um die Stoffe nachweisen zu können, oder
  • die Kläranlagen halten die Stoffe im Klärschlamm oder durch Abbauprozesse sehr gut zurück (zum Beispiel das Schädlingsbekämpfungsmittel Permethrin und die ⁠PAK⁠-Vertreter Fluoren und Fluoranthen).

Etwa 30 der untersuchten Stoffe wurden dagegen in mehr als der Hälfte der untersuchten Proben im Ablauf der 49 Kläranlagen nachgewiesen (Toshovski et al. 2020; Fuchs et al. 2020). Dabei wird ein Teil dieser Stoffe bereits zu sehr hohen Anteilen in den Klärschlamm überführt oder abgebaut. Das zeigen die Untersuchungen von Zu- und Ablaufproben an fünf ausgewählten Kläranlagen. Beispiele sind Blei, Cadmium und Quecksilber, einzelne Vertreter der polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe (PAK), der Weichmacher DEHP, der antimikrobiell wirkende Stoff Triclosan und das Schädlingsbekämpfungsmittel DEET (Abbildung 2).

Andere Stoffe werden dagegen nur zu geringen Anteilen zurückgehalten oder passieren die Kläranlage nahezu ohne Rückhalt, wie die unter anderem als Materialschutz- und Konservierungsmittel verwendeten Stoffe Diuron und Isoproturon, einzelne ⁠PFAS⁠ (per- und polyfluorierte Chemikalien) und das Schädlingsbekämpfungsmittel Imidacloprid (Abbildung 2).

Abbildung 2: Stoffrückhalt der untersuchten Stoffe in fünf ausgewählten kommunalen Kläranlagen
Abbildung 2: Stoffrückhalt der untersuchten Stoffe in fünf ausgewählten kommunalen Kläranlagen
Quelle: KIT / IWG
 

Muss die Abwasserbehandlung weiter ausgebaut werden?

Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Kläranlagen bereits heute einen unverzichtbaren Beitrag zum Rückhalt vieler Stoffe aus dem Abwasser leisten. Dennoch werden bestimmte Stoffe in einer Vielzahl der Abwasserproben nachgewiesen und damit in die Gewässer eingetragen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, mit wirksamen Maßnahmen an der Quelle anzusetzen (siehe auch ⁠UBA⁠-Publikation: Maßnahmen zur Verminderung des Eintrags von Mikroschadstoffen).

Andere Stoffe passieren die Kläranlagen ohne jegliche Elimination oder mit nur geringem Rückhalt und werden bei konventioneller Abwasserbehandlung in die Gewässer eingetragen. Zum Schutz der Gewässer erscheint auch die Erhöhung der Wirksamkeit des Barrieresystems Kläranlage, zum Beispiel durch die Einführung weitergehender Abwasserbehandlungsverfahren (4. Reinigungsstufe) für ausgewählte Kläranlagen als sinnvoll.

Auch mit Blick auf die Möglichkeit der Wasserwiederverwendung, zum Beispiel für eine Bewässerung in der Landwirtschaft (siehe EU Verordnung über Mindestanforderungen für die Wasserwiederverwendung) sollte ein weiterer Ausbau der Abwasserbehandlung diskutiert werden.
Das oben beschriebene Projekt zeigte auch, dass Mischwasserentlastungen eine weitere wichtige Eintragsquelle für Stoffe im urbanen Raum darstellen (siehe auch ⁠UBA⁠-Themenseite Schadstoffe aus Kanalisationen in Gewässern). Daher muss in diesem Zusammenhang auch die Behandlung beziehungsweise der Rückhalt von Regen- und Mischwasserabschlägen eingehender untersucht und diskutiert werden.