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09.12.2019

Mikroplastik in der biologischen Abwasserreinigung – Muss das sein?

Im Vergleich: Verblockte Träger & Chipförmige Träger. (Foto: Multi Umwelttechnologie AG)

Der Begriff der Mikroplastik tauchte erstmals vor ca. 10 Jahren im Sprachgebrauch auf und bezeichnet kleine Kunststoff-Teilchen, die einen Durchmesser unter 5 mm besitzen. Dabei unterscheidet man zwischen den zu Gebrauchszwecken produzierten Mikroplastik-Partikeln, wie sie z.B. in Kosmetika verwendet werden, und den durch den Zerfall von Kunststoffprodukten entstehenden Partikeln (Plastikmüll).

Nun macht die Mikroplastik auch vor Wasser- und Abwasserreinigungsanlagen nicht halt und die Belastung der Gewässer und auch der Wasserkreisläufe in der Aquakultur durch diese steht dadurch vermehrt in der Diskussion.

Warum ist das so
In der Wasser- und Abwasserreinigung wird die Wirbelbetttechnologie (MBBR) seit Jahrzehnten mit großem Erfolg eingesetzt und ist (je nach Anwendungsgebiet) nahezu unverzichtbar. In diesen MBBR-Reaktorbecken werden verschiedenste Trägermaterialien zur Immobilisierung von Mikroorganismen verwendet.

Nun stellt man fest und es steht zur Diskussion, dass durch die Verwendung dieser Kunststoffelemente eine Belastung der Gewässer durch Mikroplastik entsteht, wobei doch eigentlich diese Anlagen das Wasser reinigen sollen. Warum ist das so? Lässt sich dieses Risiko vermeiden, um diese wichtige Technologie beibehalten zu können?

In MBBR-Anlagen werden seit jeher Kunststoffträger eingesetzt, die auf Grund ihrer Geometrie oder Materialbeschaffenheit Mikroplastik durch Abrieb bzw. Abnutzung freisetzen können.

Ein besonders hoher Verschleiß wurde immer wieder an weichen PU-Schaumstoffwürfeln festgestellt, die auch auf Grund von derartigen Verschleißerscheinungen durch neues Material zu ersetzen waren.

Der Verschleiß entsteht durch Abrieb (Abb. 1), durch gegenseitiges Berühren/Zusammenstoßen (Abb. 2) oder durch Kollision an Behälterwänden oder -einbauten. Neben den Materialeigenschaften spielt auch die kinetische Energie eine große Rolle. Die kinetische Energie gibt an, mit welcher Energie ein bewegter Körper gegen einen anderen Körper oder eine Behälterwand prallt. Die Grundformel ist Ekin = (1/2) m V2. Die wesentlichen Faktoren sind also Masse und die Bewegungsenergie. Damit die kinetische Energie so gering wie möglich ist, sollte ein Träger „leicht wie eine Feder" sein und sich im Wasser mit geringer Geschwindigkeit bewegen. Optimaler Zustand wäre, dass sich ein Träger freischwimmend im Wasser befindet und sich nicht bewegt, was jedoch nur in der theoretischen Betrachtung möglich ist. Schon durch die Wasserströmung und ggf. durch den Lufteintrag werden die Aufwuchskörper bewegt.

Ein zu beeinflussender Faktor ist die "Masse" der Körper. Diese wird u.a. durch die Geometrie beeinflusst. So ist zum Beispiel bei Hohlkörpern (Röhrchen-, Spiralenform) festgestellt worden, dass sich im Innenraum eine inaktive Biomasse aus abgestorbener Biomasse bilden kann, die damit den Körper in der Masse belastet. Diese Masse kann folglich nicht am weiteren Stoffaustausch /-umsatz teilnehmen. Die abgestorbene Biomasse im Inneren des Hohlkörpers erhöht somit "unnütz" die Masse bzw. das Gewicht und führt folglich zu erhöhtem Verschleiß. Der dadurch entstehende Abrieb zählt zu dem Begriff der Mikroplastik.

MBBR-Trägermaterial für eine umweltfreundliche Zukunft
Entgegen den verschiedenen Hohlkörpern oder Schaumwürfeln zeigt ein dünner, chipförmiger Träger keinen Abrieb. Dies wurde in verschiedenen Referenzanlagen mit mehr als 10 Jahren Betriebszustand nachgewiesen. Die Gründe sind vielschichtig aber logisch nachvollziehbar. Zunächst hat der Chip ein sehr geringes Eigengewicht durch seine feste HDPE-Schaumstruktur. Sein äußerer Schutzring wirkt wie eine elastische Puffer-Knautschzone. Durch die Dicke von ca. 1,1 mm wird beidseitig eine aktive Biomasse angelagert, die auf Grund der optimalen Diffusion mit Substrat und Sauerstoff versorgt wird. Der Chip ist nicht mit toter Biomasse belastet und folglich ist die kinetische Energie sehr gering.

Der Chip hat auf Grund seiner Geometrie und Bewegungseigenschaften eine sehr geringe Bewegungsgeschwindigkeit, die wesentlich durch die Berechnung V² - Quadrierung - positiv die geringe kinetische Energie zu seinem weiteren Vorteil nutzt. Schwere, große Körper bewegen sich mit höherer Geschwindigkeit.

Durch den Biofilm hat der Chip rundum eine "geschmierte" Fläche, die für einen ausreichenden Schutz des Körpers sorgt. Wie in geschmierten Gleitlagern entsteht durch den Schmierfilm kein Abrieb.

Von derartigem Material gehen also keine Umweltbelastungen in Form von Mikroplastik aus und sie tragen weiterhin durch hohe Effektivität zum Umweltschutz bei.

Bild: Im Vergleich: Verblockte Träger & Chipförmige Träger. (Foto: Multi Umwelttechnologie AG)

Quelle: Multi Umwelttechnologie

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