Membranfiltration & UV-Entkeimung für beste Ablaufwerte

1. Wie funktioniert die Abwasserreinigung nach dem Membranbelebungsverfahren?

Membranfiltration gibt es bei Kleinkläranlagen seit 2002. Das vorgeklärte Wasser gelangt, wie schon beschrieben, in die biologische Stufe, die mit einer Membraneinheit ausgestattet ist. Die Membranporen haben einen Durchmesser von wenigen Tausendstel Millimetern. Das bedeutet, dass alle Stoffe mit größerem Durchmesser (Bakterien, Hefen, Pilze etc.) diese Membran nicht durchdringen können und herausgefiltert werden. Generell handelt es sich bei der Membranfiltration (MBR) um eine Abwandlung des Belebungsverfahrens. Das bedeutet, dass die Bakterien in der biologischen Reinigungsstufe frei im Abwasser schwimmen. Der grundlegende Aufbau ist also sehr ähnlich wie bei vielen anderen Kleinkläranlagen-Systemen. Der große Unterschied besteht in einer Membran, die Keime und andere Stoffe zurückhält.

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So funktionieren die einzelnen Reinigungsschritte:

1.1. Die Vorklärung

Wie bei allen anderen Systemen gelangt das Abwasser zunächst in einen Behälter zur Vorklärung. Hier setzen sich die Feststoffe langsam auf den Boden ab und trennen sich so vom Wasser. Dieser Schritt ist bei Anlagen mit Membranfiltration besonders wichtig.

Wenn sich nämlich noch zu viele Fest- und Schwebstoffe in der biologischen Reinigungsstufe befinden, können die feinen Filter leichter verstopft werden. Das würde die Funktion der Anlage natürlich beeinträchtigen. Deshalb muss die Vorklärung ausreichend groß dimensioniert und rechtzeitig geleert werden.

1.2. Die biologische Reinigungsstufe beim Membranbelebungsverfahren

In der nächsten Kammer der Kleinkläranlage leben und arbeiten Bakterien, die die Verschmutzungen im Abwasser „fressen“. Sie schwimmen frei im Wasser herum und werden durch eine Belüftungsanlage mit Sauerstoff versorgt.

Zusätzlich gibt es hier eine Membraneinheit, an die das Wasser im Behälter geleitet wird. Dabei handelt es sich um eine dünne Wand mit sehr kleinen Poren. Diese haben einen Durchmesser von wenigsten Tausendstel Millimetern (< 0,2µm) und können alle Stoffe mit größerem Durchmesser ausfiltern. Dazu gehören nicht nur Schmutzstoffe, sondern auch Bakterien, Hefen, Pilze und so weiter. Diese können die Membran nicht durchdringen. Nur das Wasser, das die Membraneinheit durchlaufen hat und damit nahezu frei von Keimen ist, wird in die nächste Reinigungsstufe weitergeleitet.

Die Belüftungsanlage erfüllt bei diesem System zwei Funktionen:

1. Sie versorgt die Bakterien mit ausreichend Sauerstoff, sodass diese sich gut vermehren und ihrer Arbeit nachgehen können.
2. Sie lässt Luft an der Membranschicht entlangsprudeln, sodass diese ständig freigespült wird. So bleibt die Filterwirkung erhalten.
   Bei manchen Systemen sind die Belebungsphase und die Membranfiltration in unterschiedlichen Kammern untergebracht. Sie können dann zum Beispiel auch mit einem Wirbelschwebebett kombiniert werden.

1.3. Die Nachklärung

Eine echte Nachklärung ist bei Membranfiltrationen nicht möglich. Denn diese ist ja dafür da, um Bakterien und letzte Schwebstoffe aus dem Wasser zu entfernen. Diese Aufgabe übernimmt hier aber die Membran, die damit gleichzeitig als Nachklärung fungiert.

Das Abwasser hat nun eine Gesamtreinigung von bis zu 99 % erfahren. Es kann in einen Vorfluter oder die Versickerung abgeleitet werden. Oder Sie verwenden es sogar als Brauchwasser für die Toilettenspülung, die Waschmaschine oder den Garten.

Die Membranfiltration ist derzeit das einzige System, bei dem eine Weiternutzung des gereinigten Abwassers immer möglich ist. Außerdem können Membranfiltrationsanlagen in Wasserschutzzonen und Karstgebieten eingesetzt werden. Membranfiltrationsanlagen haben die Reinigungsklasse +H.

2. Vor- und Nachteile von Membranfiltration

Wie alle Kleinklärsysteme haben auch Membranfiltrationsanlagen ihre Vor- und Nachteile:

2.1. Vorteile von Membranfilteranlagen

Die Vorteile liegen auf der Hand:

• Membranfilteranlagen haben eine unschlagbare Reinigungsleistung von bis zu 99 %. Das erreicht kein anderes Kleinklärsystem.
• Die höchste Reinigungsklasse +H wird eingehalten.
• Dadurch ist der Betrieb auch in Trinkwasserschutzzonen und Karstgebieten möglich und wird regelmäßig in solchen Gegenden genehmigt.
• Das geklärte und hygienisierte Wasser kann später weiterverwendet werden, zum Beispiel für den Garten, die Toilettenspülung oder die Waschmaschine.
• Nachrüstung in bestehende Anlagen ist zum Teil möglich.
• Belastungsschwankungen können in begrenztem Maße abgepuffert werden.
• Der Platzbedarf der Anlagen ist relativ gering.

2.2. Nachteile von Membranfilteranlagen

• Die Investitionskosten sind bei einer Membranfilteranlage deutlich höher als bei anderen Systemen.
• Die Anlage verbraucht viel Strom, was sich natürlich auch in höheren Betriebskosten zeigt.
• Außerdem ist der Wartungsaufwand sehr hoch. Die Systeme müssen dreimal jährlich gewartet werden, einmal jährlich wird die Membran ausgetauscht. Auch hier entstehen also höhere Kosten als bei anderen Kleinklärsystemen.
• Bei der Reinigungsklasse +H werden zusätzliche Analysen gefordert.

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3. Wer braucht eine Membranfilteranlage?

Die Reinigungsklasse +H (Hygienisierung) übertrifft sogar die Reinigungsleistung von Großkläranlagen und beinhaltet höchste Ansprüche. Das gereinigte Abwasser weist eine derart hohe Qualität auf, dass es problemlos weiterverwendet werden kann, zum Beispiel zur Gartenbewässerung, in der Toilettenspülung oder zum Wäschewaschen. Das bedeutet natürlich auch, dass durch das Wasser eine Schädigung der menschlichen Gesundheit, insbesondere durch Krankheitserreger, nicht zu befürchten ist.

Weitere Infos auch in diesem PDF von Dr. J. Lindemann zum MBR Membrananlagen.

Um diese Hygienisierung zu erreichen, stehen entweder Membranfilteranlagen oder die Methode der UV-Entkeimung zur Verfügung. (Einen Vergleich dieser beiden Methoden finden Sie in Punkt 4 dieses Artikels.)

Es gibt verschiedene Gründe, aus denen eine +H-Reinigung des Abwassers gefordert oder gewünscht wird:

1. In schwierigen geologischen Bedingungen, zum Beispiel Karstgebieten oder Gebieten mit klüftigem Untergrund, kann man nur sehr gut gereinigtes Abwasser einleiten. Der Boden ist in diesen Gegenden nämlich nicht gut geeignet, um das Wasser weiter zu filtern. Deshalb wird in solchen Gebieten regelmäßig die Reinigungsklasse +H gefordert.
2. Auch der Einsatz in Wasserschutzzonen (Zone II, Trinkwasserschutzgebiet) kann sinnvoll sein.
3. In manchen Fällen dürfte auch die massive Entlastung eines verschmutzten Gewässers oder des Grundwassers ein ökologisch zwingender Einsatzfall sein.
4. In einigen Fällen steht der Wunsch nach der Wiederverwendung des Wassers im Vordergrund. Das ist zum Beispiel in Situationen der Fall, in denen Gebäude möglichst autark funktionieren sollen.

Es kann sein, dass die Reinigungsklasse +H Ihnen zwar nicht vorgeschrieben ist, Sie sich aber trotzdem dafür entscheiden. In diesem Fall sollten Sie den Antrag für Ihre Kleinkläranlage nur für die niedrigere Reinigungsstufe stellen, die Ihnen von der Behörde vorgeschrieben wurde. Sonst müssen Sie nämlich sämtliche Anforderungen für die Klasse +H regelmäßig nachweisen, was aufwendig und teuer ist. Sie können jederzeit freiwillig eine höhere Reinigungsklasse erfüllen als die, die Ihnen bewilligt wurde.

4. Wie funktioniert die UV-Entkeimung 

Wenn von der Behörde die Ablaufklasse +H gefordert wird, steht der Betreiber vor der Entscheidungsfrage, wie diese Hygenisierung (+H) erreicht werden soll.

Wie beschrieben bietet die Membranfiltration eine Option. Eine weitere Möglichkeit ist die Nutzung einer Kleinkläranlage, welche die Ablaufklassen C (Kohlenstoffabbau), N (Nitrifikation) und D (Denitrifikation) erreicht und die Ergänzung dieser Anlage mit einer UV-Entkeimung des geklärten Abwassers. 

Die UV-Entkeimung wird seit 2006 bei den Kleinkläranlagen eingesetzt. Das vorgeklärte und biologisch gereinigte Abwasser wird während des Abpumpvorgangs an einer UV-Lampe vorbeigeleitet und mit UV-Licht (Wellenlänge 254 Nanometer) bestrahlt. Dies wird so eingestellt, dass das gereinigte Abwasser lange genug im UV-Licht bleibt. Dadurch werden die Mikroorganismen abgetötet oder so manipuliert, dass die Zellteilung verhindert wird. Schädliche Keime sterben auf diese Weise ab oder können sich nicht mehr vermehren und stellen dadurch keine Gefahr mehr dar. Die Entkeimung wird wie gesagt beim ablaufenden Wasser durchgeführt, also außerhalb des eigentlichen Klärbehälters. Die UV-Lampe kann dabei in einem Freiluftschrank oder im Schacht der Kläranlage untergebracht werden, sollte aber gut erreichbar installiert werden, da zumindest nach einigen Jahren wahrscheinlich ein Wechsel des UV-Leuchtmittels erforderlich ist (eine Überwachung und Erkennung des Zeitpunkts zum Lampenwechsels ist dabei sogar vorgeschrieben).

4.1. Das sind die häufigsten Fragen zu den beiden Verfahren:

Wie viele Kammern brauche ich in meinem Klärbehälter?

Für die UV-Entkeimung sind zwei Kammern nötig, für die Membranfilterung meist drei.

Wie unterscheiden sich die laufenden Kosten?

Zunächst sei gesagt: Anlagen mit Hygienisierung haben immer höhere Betriebskosten als „normale“ Kleinkläranlagen. Bei der UV-Entkeimung muss die UV-Lampe gewartet und bei Bedarf getauscht werden. Bei der Membranfiltration muss die Membran regelmäßig (mindestens einmal pro Jahr) regeneriert beziehungsweise ausgetauscht werden. Außerdem sind hier die Stromkosten höher. Beide Verfahren brauchen dreimal im Jahr eine Wartung durch die Fachfirma. Bei der Membranfilteranlage müssen Sie aber insgesamt mit höheren Betriebskosten rechnen.

Können beide Verfahren nachgerüstet werden?

In den meisten Fällen ja. Unkomplizierter ist dies meist bei der UV-Entkeimung. Diese wird nämlich nach der eigentlichen Reinigung nachgeschaltet, sodass die Klärbehälter selbst gar nicht angefasst werden müssen.

Sind beide Verfahren bauaufsichtlich zugelassen?

Es gibt eine ganze Reihe zugelassener Membranfilteranlagen von unterschiedlichen Herstellern. Inzwischen sind auch verschiedene UV-Systeme zugelassen. Hier sollten Sie also keine Probleme bekommen.

4.2. Fazit:

Ob Sie zur Hygienisierung lieber auf UV oder Membranfilter setzen, ist letzten Endes vor allem eine Frage des Geschmacks. Setzen Sie auf Bewährtes, ist eine Membrananlage interessant. Hier erhalten Sie eine gute Auswahl ausgereifter Systeme, die allerdings ihren Preis haben. UV-Entkeimung ist etwas neuer, inzwischen aber auch längst bewährt. Es punktet mit etwas günstigeren Anschaffungs- und Betriebskosten als die Membrantechnik. Allerdings kann das Wasser bei der UV-Entkeimung noch etwas trüb sein, während bei der Membrantechnik auch kleinste Schwebeteilchen ausgefiltert werden.

5. Hersteller von Kleinkläranlagen mit Membranfiltration, Mikrofiltration

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