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06 | 2019

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Abfall Bild: Shutterstock Der Roskilde Fjord im Sommer. Bioreaktoren gegen Mikroplastik Die Bilder riesiger Inseln aus Plastikabfall kennt jeder. Eine ebenso ernsthafte Bedrohung für Umwelt und menschliche Gesundheit tritt in kleinerem Maßstab zutage: Mikroplastik. In einem dänischen Forschungsprojekt zeigen Bioreaktoren, dass sich diese Partikel zu einem großen Teil aus Abwasser entfernen lassen. Wissenschaftler schätzten 2014, dass damals mehr als 5.000 Milliarden kleine und große Kunststoffteile in den Weltmeeren schwammen. Sie wogen zusammen mehr als 250.000 Tonnen. Die Größeren zerfallen langsam und werden zu Mikroplastik. So werden gemeinhin Kunststoffteilchen bezeichnet, die kleiner als fünf Millimeter sind. Bis zu ihrem vollständigen Abbau in einigen hundert Jahren stellen die Partikel eine Gefahr für viele Organismen dar. Auch wenn die Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit unbekannt sind, gibt es immer mehr Anhaltspunkte dafür, dass sie für Tiere insbesondere in den Meeren gefährlich sind. „Bei Fischen und Muscheln blockieren oder reduzieren sie physisch die Funktion lebenswichtiger Organe“, sagt Claudia Sick. Die Meeresbiologin ist Projektmanagerin bei der dänischen Umweltschutzorganisation Plastic Change. Mikrokunststoffe können zudem selbst toxisch sein, schädliche Chemikalien enthalten und auch als Träger für Mikroben oder Schadstoffe, die sich an die Partikel anheften, fungieren. Mikroplastik ist schwer zu finden und zu messen. Forscher haben bisher selten mit Meeresschleppnetzen versucht, Partikel aufzunehmen. Wenn, nutzen sie meist Netze mit einer Maschenweite von 300 µm. Unterhalb dieses Durchmessers fehlen wissenschaftlich anerkannte Quantifizierungsmethoden. Dabei zeigen internationale Studien, dass Klärwerke diese Partikel nicht vollständig teilweise herausfiltern. Zudem haben bisherige Analysesysteme Schwierigkeiten, bei Partikel kleiner als 300 µm festzustellen, ob es sich um Kunststoff oder andere Materialien handelt. Plastikfreier Fjord Die dänische Organisation Plastic Change aus Kopenhagen hatte die Idee, einen Fjord von Plastik zu befreien. Die Wahl fiel auf den 74 km2 großen Roskilde Fjord auf der Insel Seeland nordwestlich der dänischen Hauptstadt. Die Idee fand Unterstützung, das Forschungsprojekt „Plastic Free Roskilde Fjord” startete 2015. Die Quellen der Kunststoffverschmutzung werden untersucht 34 UmweltMagazin Juni 2019

Abfall wie auch die Auswirkungen an der Küste, im Wasser, in Sedimenten und Organismen. Das Projekt ist weltweit einzigartig. Es integriert Experten von Umweltverbänden, und Unternehmen sowie Bürger und Politiker. Die vielleicht wichtigste Eintragsquelle für Mikroplastik im Fjord ist die Kläranlage Bjergmarken am südlichen Fjordende. Sie klärt die Abwässer von zirka 90.000 Menschen in Roskilde und Umgebung. In dem Projekt wurden Mikroplastik vor und nach der Aufbereitung gemessen – und auch im Klärschlamm, den wiederum überwiegend Landwirten als Dünger nutzen. Damit gelangt Mikroplastik von deren Feldern wiederum in Seen, Flüsse und letztlich ins Meer. Am Forschungsprojekt beteiligen sich neben Plastic Change die Universität Aarhus und Roskilde sowie zwei Unternehmen: EnviDan aus dem dänischen Silkeborg misst unter anderem die Menge an Mikroplastik, die aus der Kläranlage in den Fjord gelangen. Alfa Laval finanziert und betreibt die Pilotanlage eines Membranbioreaktors (MBR). Sie hat diesen Reaktor für die kommunale und industrielle Abwasserbehandlung entwickelt. Mikroplastik – primär und sekundär Der kompakte Membranbioreaktor konzentrierte gelöste Feststoffe um den Faktor 50 auf. Primäres Mikroplastik wird etwa für Peeling in kosmetischen Produkten oder beim Luftabstrahlen von Lack und Rost verwendet. Sekundäres Mikroplastik sind Fragmente, die beim Zersetzen größerer Kunststoffteile entstehen. Dies können Autoreifen, Fasern von Textilien oder Kunststoffverpackungen sein. Bild: Alfa Laval Fast wartungsfreie Ultrafiltration Der Reaktor weist mehrere Besonderheiten auf. Da ist einmal die „LowResist“-Konstruktion. Einerseits sind deren Membranen hochpermeabel für Wasser. Andererseits ist die Konstruktion darauf ausgelegt, den Druckabfall während der gesamten Filtration gering zu halten, damit dass Wasser frei fließen kann. Dies ermöglicht einen niedrigen Transmembrandruck (TMP) von typischerweise 0,01 bis 0,04 bar während des Betriebs. Bei vielen Anwendungen genügt daher schon die Schwerkraft. Das hat zwei Vorteile: Es wird Pumpenergie eingespart. Und der Reaktor braucht deutlich seltener gereinigt und gewartet zu werden als marktübliche Systeme. Die Verunreinigungen treten oberflächlich auf und die Membranporen bleiben verschont. Das Alfa Laval-System S Aerator minimiert so den Luftverbrauch und vermeidet Arbeitsaufwand für die Beseitigung von Blockaden. Aufgrund des besonderen Design der einzigen Rohrleitung ist der S Aerator selbstspülend und erfordert keine manuellen Eingriffe. Während des Betriebs kann die Luft zuverlässig an- und ausgeschaltet werden, so dass die Membran-Module wechselhaft belüftet werden. Diese alternierende Reinigung senkt den Energieverbrauch um bis zu 40 Prozent verglichen mit herkömmlichen Verfahren. Der Verschmutzungsgrad oder die Wirksamkeit der Membranfiltration bleiben davon unbeeinträchtigt. Geringer Platzbedarf Außerdem erlaubt das „QuickSwap“-System, die Membranen einfach auszutauschen. Die Membranmodule lassen sich einzeln entfernen, was die erforderliche Hubhöhe minimiert. Weil sämtliche Membranen eines Moduls gebündelt montiert sind, kann jeweils ein kompletter Satz in einem Arbeitsgang ersetzt werden. Der wichtigste Teil der MBR-Wasseraufbereitungs-Anlage sind die Membranen. Sie haben die Form von Hohlraumplatten. Alfa Laval hat sie für die speziellen Anforderungen von Kläranlagen entwickelt. Der Schlüssel sind eine hoch-durchlässige Mikrofiltrations-Membran und eine MBR-Modulkonstruktion, die den Druck über alle Stadien des Durchflusses begrenzt. Durch die offenen Seiten der Membranen kann das Wasser ungehindert in die Durchflusskammern fließen. So wird der Druck gleichmäßig über die Membran verteilt für mehr Leistung und weniger Reinigungsaufwand bei der Ultrafiltration. Die Membranen bestehen aus chlorresistentem Polyvinylidenfluorid (PVDF). Das spart Geld und Zeit: Denn Chlor wird als Biozid in der Wasserbehandlung eingesetzt, um das Wachsen von Biofilmen auf Membranen zu verhindern. Würden nicht-chlorresistente Membrane verwendet, müsste das Wasser zuvor entchloriert werden. Für Bakterien, Mikroplastik und viele weitere Schadstoffe sind die Membranen eine undurchlässige Barriere. Das behandelte Wasser enthält weniger als 3 mg Schwebstoffe pro Liter. Alfa Laval bietet die Membranbioreaktoren in verschiedenen Abmessungen passend für die Anwendung an. UmweltMagazin Juni 2019 35

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