Einstieg: Wohin fliesst das Abwasser?
Jedes Mal, wenn du die WC-Spülung drückst, duschst oder die Waschmaschine läuft, entsteht Abwasser. In der Schweiz fliesst es durch Kanäle in eine Abwasserreinigungsanlage, kurz ARA. Danach gelangt es gereinigt in einen Bach, einen Fluss oder einen See. Eine ARA ist eine grosse Kette von Trennverfahren, die du schon kennst.
Erklärung: Trennverfahren in Technik und Alltag
Die Abwasserreinigungsanlage
| Stufe | was passiert | Trennverfahren |
|---|---|---|
| Rechen | grobe Stoffe wie Feuchttücher, Holz und Plastik werden zurückgehalten | Sieben |
| Sandfang | Sand und Kies sinken in einem langsam durchströmten Becken ab | Sedimentieren |
| Vorklärbecken | feine Schwebstoffe setzen sich als Schlamm ab, Fett schwimmt oben und wird abgeschöpft | Sedimentieren, Abschöpfen |
| Biologische Stufe | Bakterien bauen gelöste Schmutzstoffe ab, dafür wird Luft eingeblasen | keine Trennung, sondern Abbau durch Lebewesen |
| Nachklärbecken | der Bakterienschlamm setzt sich ab | Sedimentieren |
| Phosphatfällung | zugegebene Eisensalze binden gelöstes Phosphat zu einem Feststoff, der sich absetzt. Meist geschieht das gleichzeitig mit der biologischen Stufe | Fällen und Sedimentieren |
Viele grössere ARA in der Schweiz haben seit einigen Jahren eine zusätzliche Stufe gegen Mikroverunreinigungen, zum Beispiel Reste von Medikamenten. Dort wird das Wasser mit Ozon behandelt oder über Aktivkohle geleitet.
Weitere Beispiele
- Trinkwasser aus dem See: Zürich, Genf und viele andere Gemeinden gewinnen Trinkwasser aus Seewasser. Es wird unter anderem über Sandfilter und Aktivkohle gereinigt. Aktivkohle hat eine riesige innere Oberfläche, an der gelöste Stoffe haften bleiben.
- Ölabscheider: Bei Tankstellen und Garagen fliesst Regenwasser durch einen Ölabscheider. Öl hat eine kleinere Dichte als Wasser, schwimmt oben und wird zurückgehalten.
- Kehrichtverbrennung: Aus der Schlacke werden Eisen mit Magneten und andere Metalle wie Aluminium und Kupfer mit weiteren Verfahren zurückgewonnen.
- Küche: Teigwaren abgiessen (Sieben), Kaffee filtern (Filtrieren und Extraktion), Salatsauce setzt sich ab (Sedimentieren einer Emulsion).
Beispiele
Beispiel 1: Welcher Unterschied wird genutzt? Im Sandfang fliesst das Abwasser so langsam, dass Sand und Kies wegen ihrer grossen Dichte absinken. Leichtere organische Teilchen werden weitergespült. Genutzt wird der Unterschied in der Dichte.
Beispiel 2: Eine Trennkette entwerfen Gemisch: Wasser mit gelöstem Salz, Sand, Öl und Eisenspänen.
- Magnettrennung: Eisenspäne entfernen.
- Stehen lassen: Sand sinkt ab, Öl schwimmt oben.
- Öl mit einem Scheidetrichter oder einer Pipette abtrennen.
- Wasser vom Sand dekantieren oder filtrieren.
- Salz durch Eindampfen gewinnen oder das Wasser durch Destillation zurückgewinnen.
Typische Fehler
- „Gelöstes Salz bleibt im Filter.“ Falsch: Gelöste Stoffe laufen durch jeden Filter.
- „Destillieren und Eindampfen sind dasselbe.“ Beim Destillieren wird die Flüssigkeit aufgefangen, beim Eindampfen nicht.
- „Klares Wasser ist ein Reinstoff.“ Auch Lösungen sind klar. Nur destilliertes Wasser ist ein Reinstoff.
- „Im Teilchenmodell dehnen sich die Teilchen beim Erwärmen aus.“ Die Teilchen bleiben gleich gross, nur ihre Abstände und ihre Bewegung nehmen zu.
- „Die biologische Stufe der ARA ist ein Filter.“ Dort bauen Bakterien Stoffe ab. Das ist eine Stoffumwandlung, keine Trennung.
Merksatz
In Technik und Alltag werden Trennverfahren hintereinander geschaltet. Wer eine Trennung plant, prüft zuerst, worin sich die Bestandteile unterscheiden, und wählt danach die Reihenfolge der Verfahren.
Übungen: Selbsttest zur ganzen Reihe
Grundlagen
- Berechne die Dichte eines Körpers mit g und cm³. Um welchen Stoff könnte es sich handeln?
- Beschreibe die Teilchen in festem, flüssigem und gasförmigem Wasser.
- Ordne zu: Rauch, Messing, Milch, Mineralwasser, Granit.
Weiter
- Erkläre, welche Stufen einer ARA mit Sedimentieren arbeiten und warum.
- Warum muss Abwasser vor der biologischen Stufe vom Sand befreit werden? Stelle eine begründete Vermutung auf.
- Ein Glas Wasser aus dem Bach ist leicht trüb. Plane in drei Schritten, wie du prüfst, ob neben Schwebstoffen auch gelöste Stoffe enthalten sind.
Knobeln
- In vielen Gemeinden landen Feuchttücher im WC. Erkläre, an welcher Stelle der ARA sie Probleme machen, und formuliere eine Empfehlung für Haushalte.
- Entwirf eine Trennkette für ein Gemisch aus Kies, Sägemehl, Salz und Wasser. Nenne zu jedem Schritt die genutzte Eigenschaft.
Lösungen
- . Das passt zum Beispiel zu Aluminium oder zu einem Gestein wie Granit.
- Fest (Eis): regelmässig angeordnet, dicht gepackt, schwingen am Platz, starke Anziehung. Flüssig: ungeordnet, dicht, gleiten aneinander vorbei. Gasförmig (Wasserdampf): weit auseinander, bewegen sich frei und schnell, sehr schwache Anziehung.
- Rauch: Feststoff in Gas. Messing: Legierung. Milch: Emulsion. Mineralwasser: Lösung. Granit: Gemenge.
- Sandfang (Sand und Kies), Vorklärbecken (feine Schwebstoffe), Nachklärbecken (Bakterienschlamm und das gefällte Phosphat, das sich meist zusammen mit ihm absetzt). Alle nutzen, dass diese Teilchen eine grössere Dichte als Wasser haben und in ruhigem Wasser absinken.
- Sand würde sich in den Becken der biologischen Stufe ablagern, Pumpen und Rohre abnutzen und die Becken mit der Zeit füllen. Ausserdem nimmt er Platz weg, den die Bakterien brauchen.
- Zum Beispiel: 1. Wasser filtrieren, die Schwebstoffe bleiben im Filter. 2. Einige Milliliter des klaren Filtrats auf einem Uhrglas eindampfen. 3. Bleibt ein Rückstand, waren gelöste Stoffe enthalten. Zum Vergleich destilliertes Wasser gleich behandeln.
- Feuchttücher zerfallen im Wasser kaum. Sie verstopfen Pumpen in den Kanälen und müssen beim Rechen aufwendig entfernt werden. Empfehlung: Feuchttücher, Wattestäbchen und Hygieneartikel gehören in den Abfall, nicht ins WC.
- Kies absieben (Teilchengrösse). Sägemehl abschöpfen, es schwimmt (Dichte). Restliche Schwebteilchen filtrieren (Teilchengrösse). Salz durch Eindampfen gewinnen (Siedetemperatur) oder das Wasser durch Destillation zurückgewinnen.