Im Lehr- und Forschungsklärwerk Büsnau werden neue Methoden entwickelt und getestet. Künftig sollen aus Abwasser auch wertvolle Rohstoffe gewonnen werden.
Das Bürogebäude versprüht den Charme der 1970er Jahre. Auch dem Beton der Wasserkanäle und Klärbecken ist anzusehen, dass er seit Jahrzehnten den Einflüssen von Wind und Wetter ausgesetzt ist. Auf den Flächen dazwischen sprießt hier und da Unkraut. Fast sechzig Jahre hat das 1966 fertiggestellte Lehr- und Forschungsklärwerk (LFKW) der Universität Stuttgart im Stadtteil Büsnau mittlerweile auf dem Buckel. Dank fortlaufender Verbesserungen zähle das dem Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abwasserwirtschaft angegliederte LFKW aber noch lange nicht zum alten Eisen, sagt der Technische Leiter Peter Maurer. Der diplomierte Verfahrenstechniker wurde 1965 in Stuttgart geboren und damit ungefähr so alt wie das Klärwerk, für das er seit 2009 verantwortlich ist. „Wir schaffen es, mit einer Anlage aus den 1960er Jahren die Vorgaben von heute einzuhalten“, sagt Peter Maurer mit einem Anflug von Stolz.
Im LFKW wird Abwasser vom Vaihinger Unicampus sowie aus den Stadtteilen Büsnau und Lauchhau gereinigt. Trotzdem handelt es sich nicht um ein Klärwerk wie jedes andere. Die einzige Kläranlage im Besitz des Landes wurde vor allem gebaut, um neue Methoden der Abwasserbehandlung entwickeln und unter Praxisbedingungen testen zu können.
Beim Gang über das Gelände lobt Maurer die Planer, die von Anfang an Wert auf Flexibilität gelegt hätten. Über Rohre mit einer Gesamtlänge von rund zehn Kilometern lassen sich beliebige Punkte der Anlage miteinander verbinden. So können Abwässer und Schlämme auf unterschiedlichen Routen durch die einzelnen Stationen des Klärwerks geschickt werden. Dabei lassen sich auch mehrere Varianten parallel untersuchen und vergleichen.
Im Lauf der Jahrzehnte haben schon viele Studierende und Forschende im LFKW an wissenschaftlichen Projekten gearbeitet. Zudem kommen regelmäßig Betriebsleiter anderer Kläranlagen zu Fortbildungen nach Büsnau, um sich über aktuelle Entwicklungen in der Klärtechnik zu informieren. „Wir haben eine wichtige Multiplikatorfunktion“, sagt Peter Maurer.
In der ersten Klärstufe wird das Abwasser mechanisch gereinigt. Zunächst läuft es über einen Grobrechen, der größere Verunreinigungen festhält – etwa kleine Äste, Papier oder Stofffetzen. Bisweilen bleiben dort auch Dinge hängen, die eigentlich nicht in der Kanalisation landen sollten: beispielsweise Uhren, Handys und Schlüssel oder auch mal ein Gebiss, wie Maurer erzählt. Dann geht es weiter zum Feinsieb, das alles zurückhält, was größer als fünf Millimeter ist. „Da kann man manchmal sehen, was es in Büsnau zum Mittagessen gegeben hat“, meint Maurer. Dahinter folgt der Sandfang, der Sand und andere mineralische Schwebstoffe zurückhält. Schließlich geht es ins Vorklärbecken, wo sich ein Teil der organischen Bestandteile als Schlamm absetzt.
Darauf folgt Klärstufe zwei: die biologische Reinigung. Dabei geht es darum, Stickstoff- und Kohlenstoffverbindungen, die zu einem guten Teil aus menschlichen Hinterlassenschaften stammen, mithilfe von Bakterien in ihre Bestandteile zu zerlegen. „Die Bakterien machen die Arbeit – wir müssen nur dafür sorgen, dass sie sich wohlfühlen“, sagt Maurer. Eine Kläranlage sei letztlich ein großer Bioreaktor.
Im Belüftungsbecken blubbert es wie in einem Whirlpool. Mithilfe von Kompressoren wird Luft ins Wasser geblasen, was vor allem sauerstoffliebenden, aeroben Bakterien gefällt. Sie wandeln die Stickstoffverbindungen im Abwasser in Nitrat um. Dieses dient wiederum anderen Bakterien, die ohne Luftsauerstoff gedeihen, als Nahrung. Sie produzieren daraus Stickstoff, Lachgas und andere Stickoxide. Diese Gase landen in bisherigen Kläranlagen in der Luft, wobei Lachgas zugleich als Treibhausgas wirkt.
Für die Herstellung von Stickstoffdünger muss der Luft dagegen mit hohem Energieaufwand Stickstoff entzogen werden. Da sei es doch viel effizienter, den Stickstoff gar nicht erst in die Luft zu pusten, sondern ihn gleich in der Kläranlage aus dem Abwasser herauszuholen, findet Maurer. Dieses Ziel verfolgt ein aktuelles Forschungsprojekt, an dem das LFKW beteiligt ist. Dabei wird der großteils als Ammonium vorliegende Stickstoff mithilfe von Ionentauschern aus dem Wasser entfernt, bevor die Bakterien sich darüber hermachen können. Neben Stickstoff können auch Kohlenstoff und Phosphor – ebenfalls ein wichtiger Pflanzennährstoff – herausgeholt werden.
In einer Halle zeigt Maurer, wie die Kohlenstoff-Rückgewinnung im kleinen Maßstab funktioniert. Dort haben Mitarbeiter mehrere Gefäße aufgebaut, die teilweise durch Schläuche miteinander verbunden sind. Es riecht, wie es eben manchmal riecht, wenn Bakterien ihrer Arbeit nachgehen. Los geht es mit Wasser, das vor der biologischen Reinigung abgezweigt wurde. Aus der noch etwas trüben Flüssigkeit werden mit einem neu entwickelten Mikrofilter kohlenstoffreiche Partikel herausgefiltert. Daraus entstehen mit der Hilfe von Mikroben in mehreren Schritten sogenannte Polyhydroxyalkanoate, die sich als Ausgangsmaterial für biologisch abbaubare Kunststoffe eignen, sowie Wasserstoff, der sich als Energiequelle nutzen lässt.
Über die Verwendung des Kohlenstoffs im Abwasser als Rohstoff hätten in der Branche vor einiger Zeit noch viele den Kopf geschüttelt. Nun zeige sich, dass das eine realistische Möglichkeit sei. „Wir mussten uns bereits oft gegen die vorherrschende Meinung durchsetzen, wurden aber meist mit Erfolg belohnt“, sagt Peter Maurer. Der Stuttgarter hat sich schon im Rahmen seiner Diplomarbeit mit Abwasserreinigung beschäftigt – damals bereits im LFKW in Bünau. Seitdem habe sich in der Klärtechnik einiges getan.
Und die Entwicklung geht weiter. Einige Anlagen haben bereits eine weitere Klärstufe, mit der sich auch Substanzen aus dem Wasser herausholen lassen, denen die Bakterien in den Klärbecken nichts anhaben können. Beispiele dafür sind Weichmacher aus Plastikverpackungen, die wie Hormone wirken können, Medikamentenwirkstoffe oder Haushaltschemikalien. In Büsnau rückt man solchen Spurenstoffen mithilfe von Ozon und Aktivkohle zu Leibe.
Im Auslauf des Lehr- und Forschungsklärwerks ist das Wasser so klar wie in einem Gebirgsbach. Hier und da tummeln sich ein paar Frösche darin. Am Ende landet das Wasser im vorbeifließenden Bandtälesbach. Von dort fließt es über Glems, Enz und Neckar bis in den Rhein. Weil dessen Uferfiltrat teilweise als Trinkwasser genutzt wird, kommt ein Teil des geklärten Wassers am Ende wieder irgendwo aus dem Hahn, der Dusche oder der Klospülung – und der Kreislauf kann von Neuem beginnen.
Die Kläranlage der Zukunft soll nicht nur das Wasser so sauber wie möglich machen, sondern auch als nachhaltige Rohstoffquelle dienen. Darum wird die Produktion von Kunststoffen, Dünger und Energie aus Abwasser im Rahmen der baden-württembergischen Bioökonomie-Strategie gefördert. Vom Ausbau der Kreislaufwirtschaft verspricht sich die Landesregierung eine geringere Importabhängigkeit und einen positiven Beitrag zum Klimaschutz.
„Wir müssen weg vom reinen Entsorgungsgedanken und uns stattdessen überlegen, welche Stoffe aus dem Abwasser wir sinnvoll wiederverwenden können“, sagt Peter Maurer. Dabei will der Betriebsleiter nach Kräften mit anpacken. Im Vorbeigehen reißt er kurzerhand ein paar Unkrautpflanzen aus, die es sich in einem sandgefüllten Behälter gemütlich gemacht haben. Dann verschwindet er wieder im Büro. Am Schreibtisch wartet noch Arbeit.
Anlagen
Die Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall zählte in Baden-Württemberg 2022 insgesamt 868 kommunale Kläranlagen. Die Zahl war in den letzten Jahren rückläufig, weil kleinere Anlagen stillgelegt wurden. Die dort bisher aufbereiteten Abwässer fließen in größere Klärwerke. Nach Angaben des baden-württembergischen Umweltministeriums sind 99 Prozent der Einwohner des Landes an kommunale Kläranlagen angeschlossen. Die restlichen Abwässer werden dezentral behandelt – etwa in Pflanzenkläranlagen. In 26 Anlagen werden Spurenstoffe wie Arzneimittelrückstände oder Umweltchemikalien herausgereinigt.
Energie
Rührwerke, Pumpen und Gebläse in Klärwerken verbrauchen elektrischen Strom. Laut Umweltministerium entfällt im Durchschnitt rund ein Fünftel des gesamten Stromverbrauchs der Kommunen auf den Betrieb von Kläranlagen. Durch eine stärkere Nutzung von Faulgas aus Klärschlamm, das großteils aus Methan besteht, lässt sich der Netto-Energiebedarf jedoch deutlich verringern. Aus dem Gas können in Blockheizkraftwerken Strom und Wärme gewonnen werden. Laut Umweltbundesamt gibt es bereits vollständig energieautarke Klärwerke.
