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HSR

Schadstoffe aus dem Regenwasser entfernen

Eine zukunftsweisende Regenwasserbewirtschaftung im Siedlungsraum benötigt neue Massnahmen, um sowohl anorganische wie organische Schadstoffe zu entfernen. Das Institut UMTEC entwickelte eine neue Materialmischung, welche ein grosses Spektrum an Schadstoffen zurückhält. Das Material wurde unter realen Bedingungen in einer Anlage zur Retention und Behandlung von Regenwasser erfolgreich getestet. Die neue Technologie lässt sich vielseitig und kostengünstig einsetzen.

Regenwasser aus Siedlungsräumen ist nicht rein

Unsere Gesellschaft bringt  immer mehr synthetische Stoffe in Umlauf. Dazu gehören Arzneimittel, Pflanzenschutzmittel, Biozide und zahllose Industriechemikalien. Viele der Substanzen werden in Baumaterialen und beim Liegenschaftsunterhalt verwendet oder vom Verkehr emittiert. Solche Stoffe lösen sich in abfliessendem Regenwasser. Durch Versickerung oder über die Trennkanalisation gelangen sie ins Grundwasser und in kleine Gewässer. Wurden die Stoffe zur Bekämpfung von Bakterien, Insekten und Unkräutern eingesetzt, wirken sie in der Umwelt a priori ökotoxisch.

 

Verschmutztes Regenwasser muss gemäss Gewässerschutzgesetz behandelt werden. Deshalb sind neue technische Massnahmen zum Rückhalt solcher Stoffmischungen erforderlich. Die neue VSA-Richtlinie „Abwasserbewirtschaftung bei Regenwetter“ trägt mit dem darin integrierten Leistungstest für Adsorberanlagen diesem steigendem Bedarf Rechnung.

 

In einem Entwicklungsprojekt suchte das Institut UMTEC nach geeigneten Materialmischungen für den Stoffrückhalt. Zwei Materialien zeigten vielversprechende Resultate und konnten danach unter realen Bedingungen erfolgreich getestet werden.

Auf der Suche nach einem geeigneten Adsorbermaterial

In Laborversuchen suchten die Wissenschaftler zunächst nach Materialien, welche sich für den Rückhalt der Schadstoffe eignen. Wichtige Kriterien waren unter anderem eine hohe Wasserdurchlässigkeit sowie die Fähigkeit, ein weites Spektrum an verschiedenen Schadstoffe zu binden. Weiter wurde getestet, wie stark sich die Schadstoffe bei hohen Salzgehalten wieder im Wasser lösten (Remobilisierung).

 

Indikatorstoffe waren zwölf Pestizide und zwei Schwermetalle. Für diese Substanzen bestimmten die HSR-Forscher das Sorptionsverhalten an 32 Adsorbermaterialien und sieben verschiedenen Böden. Die Tests zeigten, dass nur wenige Materialien das Potential besitzen, die Summe aller Substanzen zu mehr als 90 % zu binden. Zwei Produkte waren besonders vielsprechend in Bezug auf die erwähnten Kriterien: ein Mischadsorber aus mineralischen und organischen Komponenten (AD1) und ein künstliches Adsorberharz (AD2).

 

Um die beiden Adsorbermaterialien unter realen Bedingungen zu testen, bauten sie die Forscher in einer grosstechnischen Anlage zur Retention und Versickerung von Regenwasser ein. Die Firma Watersys, ein Projektpartner, entwarf hierzu das Anlagenkonzept (Abbildung 1). Die beiden Materialen wurden in hydraulisch getrennte Testplots geschichtet. Geringe Schichthöhen der Adsorbermaterialien ermöglichten es, die Empfindlichkeit der Adsoberleistung in der zur Verfügung stehenden Versuchszeit (14 Monate) sichtbar zu machen.

 

Die Forscher bilanzierten den Stoffrückhalt für fünf organische Spurenstoffe und zwei Schwermetalle. Dafür nahmen sie Proben aus dem Zulauf und dem Ablaufwasser der beiden Testplots und analysierten diese auf ihre Inhaltsstoffe.

 

Abb. 1: Schema zum Anlagenkonzept Ostermundigen. Dargestellt sind im Querschnitt der Schlammsammler, die Retention, der Zwischenschacht, die Adsorberfläche mit Testplots und der Sickerschacht.

Hohe Eliminationswerte auch in der Praxis

Die Resultate zeigen, dass beide Materialien die Schadstoffe effektiv aus dem Regenwasser entfernen (Abbildung 2). Gut adsorbierende Stoffe wie Carbendazim und Diuron werden im Mittel zu 80% zurückgehalten. Kleine und polare Substanzen wie Mecoprop und DEET werden immerhin zu 50% adsorbiert. Diese beiden Pestizide weisen bekanntermassen auch einen geringen Rückhalt in Kläranlagen auf.

 

Die Schwermetalle Zink und Kupfer weisen im AD1 einen Rückhalt von 60 % bzw. 85 % auf. Für AD2 wurde keine Elimination bestimmt, weil das Material nur für den Rückhalt von organischen Schadstoffen vorgesehen ist. Angesichts der kurzen Kontaktzeiten zwischen Stoff und adsorptiver Oberfläche sind die Eliminationen für beide Materialien bemerkenswert hoch. Dies spricht dafür, dass die beiden Materialien die Stoffe rasch adsorbieren.

 

Der Versuch zeigte noch weitere positive Resultate: So blieb die Wasserdurchlässigkeit beider Materialien über die gesamten 14 Monate konstant hoch. Auch trat keine messbare Abnahme beim Stoffrückhalt auf. Zwar streute der relative Rückhalt über die Einzelereignisse um 10 bis 20 %. Auf die Stofffracht bezogen ist jedoch wichtiger, dass bei frachtrelevanten Ereignissen eine hohe Elimination erzielt wird.

Abb. 2: Stofflicher Wirkungsgrad (Rückhalt) für fünf Pestizide beim Mischadsorber AD1 und Adsorberharz AD2 sowie für Kuper und Zink bei AD1 über 25 Abflussereignisse.

Eine effektive und günstige Behandlungsmethode

Zahlreiche kleine Einleitungen von Regenwasser aus Siedlungsräumen führen zu einer diffusen Belastung, von der vor allem kleinere Fliessgewässer betroffen sind. Eine Fokussierung der technischen Massnahmen auf Belastungsschwerpunkte ist daher wichtig.

 

Die Reinigung des Regenabwassers über ein breit wirksames, künstliches Adsorbermaterial stellt hierfür eine effektive, kompakte, wirtschaftliche Lösung dar. Dies konnten die Forscher mit den Versuchen unter realen Bedingungen nachweisen.

 

Denn der Einsatz der Adsorbermaterialien zeigte nicht nur deutlich höhere Schadstoffeliminationen, als dies typische Böden aufweisen. Der Bau einer unterirdischen Retentionsanlage hatte auch einen wesentlich geringeren Landbedarf zur Folge. Und schliesslich ist ein innovatives Adsorbermaterial und Anlagenkonzept auch nicht kostentreibend. Das Adsorbermaterial hat auf die Gesamtkosten einen sehr geringen Einfluss.

 

Zum Projektteam gehörten neben dem UMTEC die FHNW Hochschule für Life Sciences, die Firma Watersys, aQa Engineering, die Gemeinde Ostermundigen und das Amt für Wasser und Abfall des Kantons Bern (AWA). Das Projekt wurde gefördert durch das Schweizer Bundesamt für Umwelt (BAFU), Abteilung Ökonomie und Innovation.

 

 

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