Kläranlagen leiten heute noch viele Krankheitserreger in Flüsse ein; auch gegen Antibiotika multiresistenter Keime werden zunehmend nachgewiesen. Für Badegewässer sind in jedem Fall bakterielle Grenzwerte nach der Europäischen Badegewässer-Richtlinie einzuhalten. Seit dem Novellierungsvorschlag im Jahr 2002 für die ehemalige Richtlinie 76/160/EEC (1975) sind Grenzwerte für die bakteriellen Indikatoren Darm-Enterokokken und Escherichia coli relevant. Gerade in langsam fließenden Gewässern ist aber auch eine Reduktion der Nährstoffe aus eingeleiteten Kläranlagenabläufen dringend erforderlich, um das Risiko der Eutrophierung der Gewässer zu reduzieren. Durch die Filtration wird gleichzeitig der in den Schwebstoffen enthaltene Stickstoff und Phosphor entfernt.

Im Praxistest auf den Kläranlagen Dresden-Kaditz und Radeberg wurden Bakterien-Eliminationsraten von bis zu 99% erzielt. Der Rückhalt sonstiger Schwebstoffe hilft zudem, die aufnehmenden Gewässer vor Eutrophierung zu schützen.

Der Anwendungsbereich sowie Bemessungskriterien für den Bau größerer Anlagen konnten abgeleitet werden.

Es wurde ein Reaktor entworfen und gebaut, in dem das zu reinigende Wasser dicht an muschelbewachsenen Steinen vorbei strömte, die auf mehreren Etagen angeordnet waren. Die Etagenböden dienten als Leitbleche für den mäandrierenden aufwärtssteigenden Durchfluss. In diesem Reaktor wurde im mehrjährigen Praxistest ein Teilstrom von ca. 24 Einwohnerwerten der Kläranlagen Dresden Kaditz und Radeberg behandelt und beprobt.

Die Anzahl der Bakterienkolonien auf Nähragar-Platten reflektiert jeweils nur einen sehr kleinen Bruchteil der tatsächlich vorhandenen Bakterien. Zusätzlich zum klassischen Ausplattieren auf DEV-Nähragar nach DIN 38411 T5 wurde ein Verfahren der mikroskopischen Direktzählung gewählt, in dem alle Bakterienzellen mit dem Fluoreszenzfarbstoff DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindol-dihydrochlorid) gefärbt und – unabhängig von ihrer Kultivierbarkeit – gezählt werden (PORTER & FEIG, 1980). Zum Vergleich: In gechlortem und ungechlortem Trink wasser ist eine Gesamtzellzahl von 10.000 bis 1.000.000 Zellen/ml üblich (SZEWZYK, 1996) und unbedenklich.

Ein Bakteriengehalt von 25 Millionen Keimen/ml (DAPI) konnte mit dem ZebraFilter bei einer Kontaktzeit von 90 min zu 90% eliminiert werden, bei einer Kontaktzeit von 45 min zu 80%. Schwebstoffe wurden bereits in der baulich ungünstigen Laborversion auf Ablaufwerte unter 1 mg AFS/l reduziert, wobei eine noch bessere Reinigungsleistung nach technischer Optimierung des Verfahrens erwartet wird. 1 mg AFS entspricht ca. 0,01-0,03 mg P bzw. 1,0-1,5 mg CSB.

Links : Coliforme Keime im Zulauf und Ablauf des ZebraFilter bei Beschickung mit Kläranlagenablauf. Angaben in Kolonie-bildenden-Einheiten (KbE) pro ml nach Ausplattieren auf Endo-Agar.

Rechts : Bakterienkonzentration im Zulauf zum ZebraFilter (graue Säulen), nach Passage von 1000 Muscheln (weisse Säulen, überlappend), im Ablauf nach Passage von 3000 Muscheln (schwarze Säulen) sowie die resultierende prozentuale Eliminationsleistung ( , rechte Achse) nach einer Kontaktzeit von 90 min. Auffallend ist, dass der Hauptteil der Bakterien bereits im ersten Drittel der Fließstrecke (nach 1000 Muscheln) entfernt wurde. Angaben als Gesamtzellzahl (GZZ) nach direkter mikroskopischer Zählung nach Anfärben mit einem Fluoreszenzfarbstoff (DAPI).

Bisher gibt es in Deutschland relativ wenige Kläranlagen, die ihren Ablauf überhaupt entkeimen. Am häufigsten ist die UV-Bestrahlung, seltener wird Ozon zur Desinfektion genutzt, in Einzelfällen wird auch eine Chlorung eingesetzt. Vor- und Nachteile dieser Verfahren, Betriebserfahrungen und Kosten wurden im ATV-Merkblatt M 205 verglichen.

Bei der Membranfiltration wird das zu behandelnde Wasser teilweise mit hohem Druck durch eine feinporige Membran gepresst. Neben dem hierfür nötigen Energiebedarf müssen die Membranen regelmäßig gereinigt und ausgetauscht werden. Die Membranfiltration ist in ihrer Leistungsfähigkeit allen anderen Verfahren überlegen, dies hat natürlich auch seinen Preis...

Foto: MUTEC Markgraf AG

Bewachsene Bodenfilter (Pflanzenkläranlagen) erreichen prinzipiell ähnlich geringe Bakteriengehalte wie der Ablauf des ZebraFilter , dies aber bei erheblich größerem Flächenbedarf (ca. 4 m² pro Einwohner) und erheblich höherer Aufenthaltszeit (1-3 Tage für den kompletten Klärprozess „verglichen“ mit 50 min. für eine Entkeimung mit dem ZebraFilter bei einem Flächenbedarf von ca. 1 m² pro 100 Einwohner).

Trotzdem soll der ZebraFilter keine Konkurrenz zu ökologisch sehr sinnvollen Pflanzenkläranlagen als Haupt klärstufe darstellen. Er ist eine Ergänzung für konventionellen Kläranlagen, in denen eine ökologische Nach behandlung zur Entkeimung des Ablaufes nötig ist.

Biofilter dienen nicht dem Bakterienrückhalt. Schwebstoffkonzentrationen kleiner 5 mg AFS/l werden von Biofiltern nicht erreicht, zudem gibt es noch große Unsicherheiten bei der Bemessung von Biofiltern und ihre Rückspülung ist energieaufwendig (BARJENBRUCH 1998 und 2000).

Sandfilter mit einem Flächenbedarf von 2-5 m² / EW sind keine Konkurrenz für den ZebraFilter mit einem Flächenbedarf von nur ca. 0,01 m² / EW. Ausserdem sind Sandfilter durch Toträume und Verstopfung relativ instabil im Betrieb und es sind regelmäßige Rückspülungen unter Druck- bzw. Energieaufwand erforderlich.

Die UV-Bestrahlung hat von allen Abwasser-Desinfektions-Verfahren derzeit wohl das beste Preis-Leistungs-Verhältnis und kommt zunehmend zum Einsatz. Allerdings ist sie im Gegensatz zum ZebraFilter nicht in der Lage, Schwebstoffe zu entfernen, sondern sie funktioniert im Gegenteil nur dann, wenn das zu behandelnde Medium bereits vorher von Schwebstoffen befreit worden ist.

Schönungsteiche weisen nur dann einen hygienisch einwandfreien Ablauf auf, wenn sie optimal bemessen und gewartet sind. Die Verweilzeit in Schönungsteichen beträgt 1-5 Tage, verglichen mit 50-90 Minuten im ZebraFilter.

Chlorung bzw. Ozonierung kommt aus ökologischen Gründen heute nur noch in Ausnahmefällen in Betracht, nicht für die allgemeine Desinfektion von Kläranlagenabläufen. Ozonierung erfordert ausserdem eine aufwendige und nicht ungefährliche Herstellung des O₃ vor Ort.

•  kein Energieaufwand für den Filtrationsprozess (Klimaschutz!),

•  kein Chemikalienaufwand,

•  ökologisches Verfahren ohne schädliche Nebenprodukte,

•  kein Membranaustausch:
   Muscheln reinigen und regenerieren ihren Filtrationsapparat (Kiemen) selbst,

•  sehr geringer Platzbedarf: ca. 1 m³ /100 EW,

•  geringe Betriebskosten,

•  alle Rückstände sind kompostierbar

Risikobetrachtung

Natürlich ist ein biologisches System nie 100% berechenbar. Ein Ausfall des kompletten Muschelbesatzes durch Vergiftung, Viren, Parasiten oder auch durch "Befreiungsaktionen" schlecht informierter Tierschützer ist möglich. Ein Versiegen des Nachschubes durch eine Änderung des limnischen Ökosystems ist nicht komplett auszuschließen, jedoch hat sich gerade Dreissena als ungewöhnlich vermehrungsfreudig und widerstandsfähig gegen chemischen und physikalischen Stress erwiesen.

Fest steht auch, dass durch dieses ökologische Verfahren keine absolute Keimfreiheit erreicht werden kann, sondern nur eine Reduktion auf einen unteren Schwellenwert, der der Badegewässerrichtlinie gerecht wird. Die Vorteile und die geringen Kosten des Verfahrens sprechen aber trotzdem für den Einsatz des ZebraFilter , vor allem an dezentralen Standorten, an denen aufwendige high-tech-Lösungen nicht in Frage kommen.

In jedem Fall ist aber darauf zu achten, das Verfahren nur in Gebieten einzusetzen, in denen die Dreikantmuschel im aufnehmenden Gewässer bereits vorkommt. Im Berlin-Brandenburger Raum ist dies nahezu flächendeckend der Fall.

Der ZebraFilter kann sich mit allen Verfahren messen, die bereits auf dem Markt sind, ist allerdings nur für einen begrenzten Anwendungsbereich sinnvoll einsetzbar. Er wird sich vor allem dort durchsetzen, wo Fläche nicht unbegrenzt zur Verfügung steht und wo sich Abwassergebühren nicht mehr ohne weiteres auf die Verbraucher umlegen lassen! Das Verfahren hat seine Leistungsfähigkeit in einem mehrjährigen Forschungsvorhaben sowie auf einer Pilotanlage im Land Brandenburg belegt. Allerdings muss das zu reinigende Wasser folgende Bedingungen einhalten:

•  Ammoniumgehalt < 20 mg NH₄ /l, Dauerbelastung am besten < 5 mg NH₄ /l

•  pH 7,0...8,5; Temperatur 10...22°C, Änderung maximal 5 K/h

•  Sauerstoffgehalt > 5 mg/l (evtl. reichen auch 3 mg/l)

•  Lebendzellzahl >500.000 KbE/ml bzw. Gesamtzellzahl >10·10⁶ Zellen/ml (DAPI)

•  Ablauf nur in Gewässer, in denen die Zebramuschel bereits vorkommt (z.B. Havel, Elbe, Rhein) bzw. in denen sie sich nicht vermehren kann (z.B. Salzwasser bzw. zur Grünflächen-Bewässerung).

Die Tiere sind aus Gebieten mit Massenvorkommen leicht zu beschaffen, wobei Naturschutzbestimmungen nicht verletzt werden. Im genannten Anwendungsbereich sind die Muscheln mindestens ein Jahr lang lebens- und arbeitsfähig.

Dank:

Ich danke dem BMBF, das die Forschungsarbeit unter der Nr. 02-WA9619/0 finanziert hat, Frau Prof. Dr. rer. nat. habil. I. Röske für die Betreuung am Lehrstuhl für Angewandte Mikrobiologie der Technischen Universität Dresden sowie Manuela Junge und Birgit Schulz für tatkräftige Mithilfe, insbesondere beim Auszählen der Bakterien.

Ferner danke ich all denen, die in jahrzehntelanger Forschungs- und Überzeugungsarbeit naturnahen Verfahren wie Pflanzenkläranlagen zur Anerkennung und technischen Akzeptanz verholfen haben. Durch diese Vorreiter wurden viele Hürden für das hier vorgestellte Verfahren bereits verringert.

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Ral B. & Röske I. (1999 angemeldet/ 2002 erteilt). Verfahren und Anordnung zur Elimination von Pathogenitätsfaktoren (Bakterien und Viren) aus verunreinigtem Wasser. Deutsches Patent- und Markenamt. Anmeldung Nr. 19910278.C2.

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