Alles über das Projekt «Erweiterung ARA Basel» zur Verbesserung der Abwasserreinigung

Abwasserreinigungungsanlagen als Schlüssel zu sauberem Trinkwasser

Die Aufbereitung von Trinkwasser und industriellen Abwässern spielt eine entscheidende Rolle im nachhaltigen Umgang mit der wertvollen Ressource Wasser. Damit wir täglich frisches Trinkwasser in unseren Haushalten haben, spielen die Abwasserreinigungsanlagen (ARA) eine entscheidende Rolle. Dank der kommunalen Abwasserreinigung hat sich die Gewässerqualität in der Schweiz in den letzten Jahrzehnten signifikant verbessert. Die aktuellen Herausforderungen bei der kommunalen Abwasserreinigung bestehen darin, eine nachhaltige Abwasserreinigung zu etablieren und das Abwasserreinigungssystem kontinuierlich zu optimieren. Der technische Ausbaugrad der Abwasserreinigungsanlagen (ARA) hat sich seit den 1980er Jahren kontinuierlich verbessert und ist heute auf einem guten Stand. Mit etwa 800 Kläranlagen und etwa 40 000 bis 50 000 km öffentlichen Kanalisationsleitungen ist die Infrastruktur für die Abwasserreinigung in der Schweiz praktisch erstellt. Die gesamten Kosten für die Erstellung dieser Infrastruktur liegen im Bereich von CHF 40 bis 50 Milliarden. 

Die kontinuierliche Weiterentwicklung der Reinigungsprozesse in den ARA’s sind entscheidend, um die Wasserqualität weiter zu optimieren. In Bezug auf Mikroverunreinigungen muss die Abwasserreinigung regional verbessert werden. Anhand der ProRheno AG zeigen wir in diesem Blog, welche Optimierungsschritte in Basel umgesetzt wurden, um die Qualität des Wassers weiter zu optimieren und wie Edelstahl bei der nachhaltigen Wasseraufbereitung eine entscheidende Rolle spielt.

ProRheno AG – Im Dienste des Umweltschutzes

Die ProRheno AG reinigt seit 1982 die Abwässer von Haushalten, Gewerbebetrieben und Industrie aus der Region Basel. Sie besteht aus der ARA Basel (kommunale Abwasserreinigung), der ARA Chemie Basel (Reinigung der Chemieabwässer) sowie der Schlammbehandlung (Verbrennung der anfallenden Klärschlämme).

Bis Ende 2024 baut die ProRheno AG die kommunale ARA Basel aus (Projekt EABA). Mit dieser Investition ist es künftig möglich, Stickstoff und organische Spurenstoffe weitgehend aus dem Abwasser zu entfernen. Da immer mehr Stoffe den Weg ins Abwasser finden, enthält dieses zunehmend Mikroverunreinigungen, die trotz der Abwasserreinigung nicht vollständig eliminiert werden können. Mit der neuen eidgenössischen Gewässerschutzverordnung setzt der Bund zeitgemäss neue Grenzwerte für organische Spurenstoffe fest. Diese Stoffe sollen so gut wie möglich aus dem Abwasser entfernt werden. Unter diesen Vorzeichen beschloss die ProRheno AG schon im Jahre 2008, ihre kommunale Kläranlage ARA Basel aufzurüsten. Die Inbetriebnahme der Erweiterung ist für das Jahr 2024 geplant.

Als eine der grössten ARA in der Schweiz (270 000 angeschlossene Einwohner und eine Kapazität von 520 000 Einwohnergleichwerten) kommen in der ARA Basel bereits jetzt die Reinigungsverfahren Kohlenstoffabbau sowie Phosphor-Elimination zum Einsatz. Um die Vorgaben des Bundes einhalten zu können und die neuen Grenzwerte sicherzustellen, ist die ARA Basel verpflichtet, künftig Mikroverunreinigungen zu eliminieren. Mikroverunreinigungen werden in einer konventionellen Kläranlage nicht oder nur schlecht abgebaut. Ausgewählte Kläranlagen müssen deshalb bis spätestens 2040 mit einer zusätzlichen Stufe zur Elimination von Mikroverunreinigungen (z.B. Ozonbehandlung) aufgerüstet werden. 

Was macht die Abwasserwirtschaft so herausfordernd:

Etwa 74 % des Wasserverbrauchs in der Schweiz fallen auf die Industrie und das Gewerbe. Um einen nachhaltigen und gleichzeitig wirtschaftlichen Umgang mit der Ressource Wasser zu gewährleisten, ist die Aufbereitung industrieller Prozess-, Kühl- und Abwässer von grosser Bedeutung.

Die Abwasserwirtschaft kämpft bei der Reinigung des Wassers mit vielen Herausforderungen:

Phosphor-Rückgewinnung aus Klärschlamm 

Im Klärschlamm sind grosse Mengen Phosphor gebunden, also Pflanzennahrung, die heute nicht genutzt werden. Die neue Verordnung über die Vermeidung und Entsorgung von Abfällen (VVEA) verlangt nun, dass spätestens ab 1. Januar 2026 der Phosphor im Abwasser zurückgewonnen werden muss. 

Nanopartikel 

Nanopartikel sind 1000-mal kleiner als Mikropartikel. Man findet sie in Lebensmittelverpackungen, Medizinprodukten, Haushalts- und Bürogeräten, Lacken und Wandfarben, Textilien und Kosmetika. Über das Verhalten und die Toxizität von Nanopartikeln in der Umwelt und insbesondere in den Gewässern ist erst wenig bekannt. 

Mikroplastik 

Zwischenzeitlich findet man in allen Gewässern solche kleinste Teile von Plastik. Das Erkennen von Mikroplastik via ARA macht nur einen kleinen Anteil des gefundenen Mikroplastiks aus. Die heutigen ARA entfernen über 90 % des zugeführten Mikroplastiks. Gefragt sind zusätzliche Massnahmen an der Quelle.

Mit dem Ausbau einer zusätzlichen Reinigungsstufe werden ab 2024 in der ARA Basel Stickstoffe wie auch organische Spurenstoffe weitgehend aus dem Abwasser entfernt. Entsprechend können folgende Rückstände beseitigt werden:

• Medikamentenrückstände

• Pflanzenschutzmittel 

• Körperpflegeprodukte 

• Reinigungsmittel 

• hormonaktive Substanzen

Aufgrund der spezifischen Abwasserzusammensetzung beruht das gewählte Verfahren auf einer Kombination aus Ozon- und Pulveraktivkohle (PAK)-Dosierung. Immer mehr Wasserwerke setzen bei der Wasseraufbereitung auf Ozonbehandlungen, die zur umweltfreundlichen Oxidation von Metallen, organischen Substanzen und zur Entkeimung andere Reinigungsstufen vor- oder nachgeschaltet werden. Ozon ist ein starkes Oxidationsmittel, das selektiv Doppelbindungen und bestimmte funktionelle Gruppen in Molekülen angreift. Da sehr viele Mikroverunreinigungen solche Bindungen oder funktionelle Gruppen enthalten, werden sie durch Ozon oxidiert. Parallel dazu werden mittels Pulveraktivkohle die im Abwasser enthaltenen Mikroverunreinigungen absorbiert und so dem Abwasser entzogen.

Durch diverse Reinigungsschritte wird die Wasserqualität kontinuierlich optimiert. Hierzu ist beim Bau solcher Anlagen Edelstahl ein wichtiges Element, um die Anlagen langfristig und ohne Korrosion zu betreiben.

Edelstahl ein Kernelement in der Wassergewinnung, -aufbereitung und -reinigung:

Bei der Wasseraufbereitung sind robuste und langlebige Materialien von entscheidender Bedeutung. Hier kommt Edelstahl ins Spiel. Korrosionsbeständiger Stahl wird im Bereich der Gewinnung, Behandlung und Verteilung von Trinkwasser beispielsweise für Verrohrungen, Auskleidungen in Trinkwasserbehältern, aber auch in einer Vielzahl an peripheren Ausrüstungen wie Geländer, Handläufe etc. verwendet. 

Korrosionsbeständiger Stahl bietet eine robuste Beständigkeit gegenüber extremen Anforderungen in mechanischen und chemisch-physikalischen Verfahrensstufen. Ozon ist ein zunehmend verwendetes alternatives Oxidationsmittel, welches entweder allein oder in Verbindung mit Chlor für die Wasseraufbereitung zur Anwendung kommt. Sowohl für den Bau von Ozongeneratoren als auch für Anlagen in Kläranlagen ist Edelstahl rostfrei unverzichtbar. Diese Komponenten müssen aggressiven Salzen, Phosphorverbindungen und anderen Herausforderungen standhalten. Ebenso werden Druckrohre aus Edelstahl hergestellt, um eine bei der Trinkwasseraufbereitung erforderliche Membranfiltration sicherzustellen. So sind austenitische nichtrostende Stähle für die in einem Wasserwerk bestehenden Anforderungen nicht zuletzt wegen ihrer hervorragenden Verarbeitbarkeit zu vielfältigen geometrischen Formen bei zugleichen hohem Widerstand gegenüber Erosionsbeanspruchung infolge hoher Strömungsgeschwindigkeiten geeignet. 

Die Wassergewinnung, -aufbereitung und -reinigung wird wie dargestellt, heute immer häufiger im Rahmen eines integrierten Wassermanagements betrachtet. Techniken, Komponenten und Werkstoffe werden so zu ganzheitlichen Lösungen gebündelt. Korrosionsbeständiger Stahl spielt in diesem Bereich eine wichtige Rolle. So sind zum Beispiel Rohrleitungen aus Edelstahl zum Transport von Wasser ein optimales Fördermedium. Gemäss dem Warenzeichenverband Edelstahl Rostfrei e.V. gibt der inerte, harte und porenfreie Werkstoff keine Metallionen ab, ist geschmacksneutral und gegenüber hohen Strömungsgeschwindigkeiten erosionsbeständig. Dank der hohen Korrosionsbeständigkeit und der porenfreien Oberfläche wird Keimen praktisch keine Angriffsfläche geboten und eine optimale Hygiene ist sichergestellt. Das Material Edelstahl ist zudem äusserst langlebig, benötigt kaum Unterhalt und ist zu 100 % rezyklierbar.

Welche Edelstahlgüten sollten bei Kläranlagen eingesetzt werden?

Rostfreier Stahl wird seit langem in Kläranlagen aufgrund seiner guten Korrosionsbeständigkeit verwendet. Im Einsatz von Edelstahl tritt keine Flächenkorrosion auf und somit ist auch kein Korrosionszuschlag bei der Wandstärke wie bei unlegierten Stählen erforderlich. Durch den Einsatz von korrosionsbeständigem Stahl sind Kläranlagen während ihrer Betriebslebensdauer sehr wartungsarm. Es sind daher keine chemischen Zusätze erforderlich, um die Korrosionsbeständigkeit aufrechtzuerhalten. Spaltkorrosion tritt vorzugsweise in konstruktionsbedingten Spalten und Hohlräumen auf. Wenn eine Flüssigkeit einen schmalen Spalt zwischen zwei Materialwänden ausfüllt, wird die Lösung in der Regel zurückgehalten, das heisst Schlamm und Verunreinigungen lagern sich hier ab. Spaltkorrosion ist bei den molybdänlegierten Edelstahlgüten wie 1.4404 sehr selten, wenn der Chloridgehalt unter 600 Milligramm pro Liter liegt. Hingegen besteht bei den molybdänfreien CrNi-Austeniten wie 1.4301 bereits deutlich unterhalb 200 Milligramm pro Liter Chlorid Spaltkorrosionsgefahr. Deshalb ist die Empfehlung im Bereich Abwasserreinigungsanlagen 1.4404 oder höher. Im Bereich der Abwasserbehandlung findet korrosionsbeständiger Stahl Verwendung in einer Vielzahl maschineller Einrichtungen wie Rechen und Siebanlagen, Waschpressen, Sandklassierer, Sandfängen, Räumer und Rotoren, Schlammentwässerungsausrüstungen, Rohrleitungen und Armaturen, ferner in Form von Ventilen, Rückschlagklappen, Befestigungselementen, Belüftungseinrichtungen, aber auch grossvolumigen Misch- und Ausgleichsbehältern, Belebungs- und Nachklärbecken und anderen Apparaten und installationstechnischen Einrichtungen wie Flammrückschlagsicherung, Kondensatabscheider, Gashauben und Faulraum. 

Im Fall des in Abwasserbehandlungsanlagen häufig als Fällungsmittel zugesetzten Eisen(III)-chlorids wurden bei einem Gehalt von 250 bis 300 Milligramm pro Liter bei den nichtrostenden CrNi(Mo)-Stählen Anzeichen von Loch- und Spaltkorrosion beobachtet. Gegenüber dem gleichfalls häufig zugesetzten Eisen(II)-sulfat sind nichtrostende Stähle der CrNi- und CrNiMo-Gruppe beständig. Weitere Sondereinflüsse, welche in abwasserbeaufschlagten Anlagen auftreten können, sind zusätzliche Belastungen durch Schwefelwasserstoffgas und feuchte Chlordämpfe. Korrosionsbeständige Stähle, welche in Anlagen verbaut wurden und aggressiven Medien (z.B. feuchtes Schwefelwasserstoffgas) ausgesetzt sind, müssen durch regelmässiges Abwaschen und Reinigen oder durch eine Belüftung zusätzlich vor Korrosion geschützt werden. Damit sollen Oberflächenangriffe bzw. Lochfrass unterbunden werden. Durch die richtige Anwendung und Pflege ist korrosionsbeständiger Stahl auch in aggressiven Umgebungen langfristig einsetzbar. Für den Einsatz des richtigen Werkstoffes ist die Beratung durch eine Fachperson zwingend notwendig. 

Grosses Expertenwissen und hohe Lieferfähigkeit als Erfolgskriterium für das Grossprojekt ProRheno 

Die Umsetzung von Grossprojekten wie dem Ausbau der ARA Basel erfordert Expertenwissen und die zeitnahe Bereitstellung grosser Mengen an Edelstahlprodukten. Die Hugo Leutenegger AG wurde mit dem Rohr- und Anlagenbau für das ARA-Projekt beauftragt und hat mit der HANS KOHLER AG einen Partner an ihrer Seite, der durch kurze Lieferzeiten eine optimale Versorgung mit Edelstahlprodukten sicherstellt. Die Zusammenarbeit dieser Partner ermöglichte den erfolgreichen Bau der komplexen Anlagen in der ARA Basel.

Fazit:

Die ProRheno AG leistet einen bedeutenden Beitrag zur nachhaltigen Wasseraufbereitung in der Region Basel. Mit innovativen Verfahren und dem Einsatz von Edelstahl in der Abwasserreinigung trägt das Unternehmen zur Gewährleistung der Wasserqualität und dem Schutz der Umwelt bei. Edelstahl erfüllt die hohen Anforderungen in Kläranlagen und bietet eine robuste Beständigkeit sowie eine optimale Hygiene. Dank der Zusammenarbeit mit erfahrenen Partnern wie der Hugo Leutenegger AG und der HANS KOHLER AG konnte das ARA-Projekt erfolgreich umgesetzt werden. ProRheno AG und ihre Partner setzen damit ein Zeichen für eine nachhaltige Zukunft im Wassermanagement.

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