Die 4. Reinigungsstufe im Fokus: Wie Kläranlagen die EU-KARL-Richtlinie energetisch meistern
Die europäische Abwasserbranche steht vor grundlegenden Neuerungen: Die überarbeitete EU- Kommunalabwasser-Richtlinie (EU-KARL) macht die Ausrüstung mit einer 4. Reinigungsstufe zur Pflicht. Das Ziel ist unbestritten – Mikroschadstoffe, Arzneimittelrückstände und Spurenstoffe sollen gezielt aus dem Abwasser entfernt werden, um unsere Gewässer zu schützen.
Für Anlagenbetreiber bringt diese neue Stufe jedoch eine gewaltige Herausforderung mit sich: Zusätzliche Verfahrensschritte bedeuten zusätzlichen Energiebedarf. Ganz gleich, welche Verfahren zur Spurenstoffelimination konkret eingesetzt werden – ohne präzise steuerbare Prozessluft läuft in der 4. Stufe nichts.
Doch wie lässt sich der erhöhte Reinigungsanspruch mit dem Ziel einer energieeffizienten Kläranlage vereinbaren?
Wir haben nachgefragt: Dr. Detlef Lobas, Experte für Abwasserverfahrenstechnik bei KAESER KOMPRESSOREN, erklärt im Interview, welche technischen Hürden Betreiber jetzt nehmen müssen und warum die ganzheitliche Planung der Prozesslufterzeugung der Schlüssel für eine nachhaltige und wirtschaftliche Abwasserreinigung ist.
Dr. Lobas, die überarbeitete EU-Kommunalabwasser-Richtlinie (KARL) fordert die flächendeckende Einführung der 4. Reinigungsstufe. Welchen zeitlichen und technischen Transformationsdruck sehen Sie aktuell auf Kläranlagenbetreiber zukommen?
Die seit 1991 geltende Richtlinie 91/271/EWG zur Behandlung von kommunalem Abwasser wurde 2024 durch die neue Kommunalabwasserrichtlinie (KARL, Richtlinie (EU) 2024/3019) ersetzt, die am 1. Januar 2025 in Kraft getreten ist. Alle EU-Länder müssen die neuen Regeln bis spätestens 31. Juli 2027 in ihr nationales Recht übernehmen, d.h. spätestens ab dann gelten für die betroffenen kommunalen Kläranlagen die neuen geforderten Voraussetzungen zur Einleitung von geklärtem Abwasser.
Die neue Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) geht mit ihren Anforderungen in vielen Punkten über die bisherigen Anforderungen an Sicherheit und Umweltschutz hinaus und verpflichtet die Kläranlagenbetreiber zur Einführung einer 4. Reinigungsstufe, um persistente Stoffe, also Substanzen, die biologisch nicht oder nur schwer abbaubar sind, zu entfernen. Es handelt sich dabei zumeist um Arzneimittelrückstände, Desinfektions- und Reinigungsmittel oder PFAS, die oft nur in geringen Konzentrationen im Abwasser vorkommen.
Dies betrifft im Moment laut Art. 8 Abs. 1 KARL alle Anlagen mit 150.000 Einwohnerwerten (EW) oder größer sowie alle Anlagen ab 10.000 EW in sog. Risikogebieten, die in Art. 8 Abs. 2 KARL genauer beschrieben sind (z.B. Badegewässer, Trinkwassereinzugsgebiete oder Gebiete mit Aquakulturen).
Die neue Abwasserrichtlinie berücksichtigt nun auch ein Verursacherprinzip und etabliert erstmals eine finanzielle Beteiligung der Industrie als Hersteller oder Nutzer der genannten persistenten Abwasserinhaltsstoffe, die über eine 4. Reinigungsstufe aus belastetem Abwasser entfernt werden müssen. Außerdem werden die Anforderungen der Entfernung von Stickstoff und Phosphor aus dem Abwasser an den Stand der Technik angepasst, und die zulässigen Konzentrationen zur Einleitung dieser beiden Nährstoffe in Gewässer gesenkt. Stickstoff- und Phosphorverbindungen sind zentrale Verursacher der Eutrophierung von Gewässern, daher müssen die Einleitkonzentrationen so gering wie möglich gehalten werden.
Neu ist auch, dass KARL sich jetzt auf Kläranlagen ab 1.000 EW bezieht. Bisher war die Anwendung der Richtlinie auf Kläranlagen größer als 2.000 EW begrenzt. Die Kommunen werden zudem verpflichtet, Abwassermanagementpläne zur Reduzierung der Einleitung von unzureichend behandeltem Abwasser zu erstellen.
Abwasserreinigung im Wandel: Die neue EU-Richtlinie KARL betrifft viele Kläranlagen und macht die 4. Reinigungsstufe gegen schwer abbaubare Stoffe zur Pflicht.
Einerseits fordert die Politik energie- bzw. klimaneutrale Kläranlagen, andererseits verbraucht die 4. Stufe zusätzliche Energie. Wie lässt sich dieser Spagat technisch meistern?
Das ist tatsächlich die Kernfrage. Eine weitere Forderung der Richtlinie ist die Energieneutralität der Abwasserbehandlungsanlagen. Energieneutralität bedeutet, dass Kläranlagen über das Jahr betrachtet auf nationaler Ebene mindestens so viel Energie erzeugen, wie sie verbrauchen. Ziel ist den Bezug von externer Energie zu reduzieren. Wenn man bedenkt, dass durchschnittlich ca. 20 % des Energieverbrauchs der Kommunen bei der Abwasserreinigung verbraucht werden, sprechen wir hier von einem riesigen Einsparungspotenzial.
Die Erzeugung von Energie auf einer Kläranlage kann beispielsweise durch die Nutzung von Klärgas aus anaeroben Faultürmen oder die Verbrennung von Klärschlamm erfolgen, aber auch durch die Nutzung von Freiflächen für Photovoltaik- oder Windkraftanlagen.
Aus verfahrenstechnischer Sicht sind Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz jedoch besonders entscheidend: Der größte Teil der Energie auf einer Kläranlage wird für die Belüftung der biologischen Reinigungsstufe benötigt. Frei nach dem Motto „Mehr Druckluft mit weniger Energie“ geht es darum, für jedes Anforderungsprofil die passende Technologie einzusetzen – sei es Drehkolben-, Schrauben- oder magnetgelagerte Turbogebläse. Werden diese Systeme bedarfsgerecht kombiniert und durch eine intelligente Steuerung geregelt, lassen sich immense Einsparpotenziale heben. Ein zusätzlicher Hebel ist die Wärmerückgewinnung: Die Abwärme wassergekühlter Gebläse lässt sich direkt als Prozess- oder Heizenergie auf der Anlage nutzen.
Welche Vorteile bringt KAESER als Druckluftsystemlieferant mit sich? Welche Gebläse eignen sich besonders für die 4. Reinigungsstufe?
Als global agierender Systemanbieter bringt KAESER vor allem den Vorteil der Technologievielfalt und Ganzheitlichkeit mit: Betreiber erhalten keine Standardlösung, sondern ein exakt auf die spezifischen Lastprofile und Gegebenheiten der Kläranlage abgestimmtes Gesamtkonzept. Das sichert eine hohe Betriebssicherheit bei kontinuierlich niedrigen Energiekosten.
Für die Abwasserreinigung steht dafür ein umfassendes Portfolio an energieeffizienten Gebläsen und Kompressoren in allen Leistungsklassen bereit. Das Produktprogramm deckt alle maßgeblichen Technologien ab: von robusten Drehkolben- über effiziente Schrauben- bis hin zu magnetgelagerten Turbogebläsen, wahlweise stufenlos drehzahlgeregelt oder für den Festdrehzahlbetrieb.
Ein weiterer zentraler Vorteil liegt im ganzheitlichen Systemansatz: KAESER liefert auch ölfreie Gebläse, Komponenten zur Wärmerückgewinnung und die passende übergeordnete Steuerungstechnik. Dadurch greifen alle Elemente nahtlos ineinander, was den Planungsaufwand reduziert und eine maßgeschneiderte Prozessluftversorgung aus einer Hand ermöglicht.
Maßgeschneiderte Gebläsetechnik aus einer Hand: Das KAESER-Portfolio aus Schrauben-, Drehkolben- und Turbogebläsen bietet die passende Systemlösung für unterschiedliche Lastprofile in Kläranlagen – ausgelegt auf hohe Betriebssicherheit und niedrige Energiekosten.
Wie wichtig ist eine übergeordnete Steuerung – wie das Druckluftmanagement-System SIGMA AIR MANAGER 4.0 -, um den Betrieb von 3. und 4. Reinigungsstufe dynamisch an schwankende Abwasserfrachten anzupassen?
Dynamische Regelung des Lufteintrags bei schwankender Auslastung: Der SIGMA AIR MANAGER 4.0 passt die Druckluft in Kläranlagen präzise an den Tages- und Jahresverlauf an.
Jede Kläranlage ist wechselnden Auslastungen ausgesetzt: Die Abwassermenge, die Fracht sowie der daraus resultierende Luftbedarf schwanken im Tagesverlauf ebenso wie zwischen den Jahreszeiten. Um eine konstant wirksame Klärung des Abwassers zu erzielen, muss daher der Lufteintrag für die biologische Stufe geregelt und den sich ändernden Parametern angepasst werden. Ebenso kann der Luftbedarf der 4. Reinigungsstufe damit dynamisch geregelt werden. Das intelligente Druckluftmanagement-System SIGMA AIR MANAGER 4.0 von KAESER bietet dem Anwender verschiedene Möglichkeiten der Steuerung und Regelung seiner Prozesse, oder bindet die Prozess- oder Druckluftanlage nahtlos an Leittechnik an.
Die intelligente Steuerung ermöglicht maßgeschneiderte Anlagenkonzepte: Sowohl die Auswahl der Gebläse als auch die Steuerungstechnik werden dabei exakt auf selbst komplexe betriebliche Anforderungen abgestimmt.
Wenn Sie Betreibern heute einen Rat für die Investitionsplanung der nächsten 5 bis 10 Jahre geben müssten: Warum sollte die Prozessluft-Erzeugung von Anfang an ganzheitlich mitgedacht werden?
Die neue Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) fordert EU-weit einerseits eine weitergehende Abwasserreinigung und andererseits eine höhere Energieeffizienz. Anlagenbetreiber sind daher angehalten, verstärkt auf moderne, hochwirksame und energiesparende Technologien zu setzen. Kompressoren und Gebläse nehmen dabei eine Schlüsselfunktion ein. Wie im nicht-kommunalen Bereich längst erkannt wurde, fallen die Anschaffungskosten deutlich weniger ins Gewicht als die anschließenden Betriebskosten.
Bei kommunalen Ausschreibungen muss der Blick vom reinen Anschaffungspreis abkommen und hin zu einer ganzheitlichen Betrachtung der Lebenszykluskosten gerichtet werden. Dies deckt gleich zwei zentrale Anforderungen ab: Einerseits wird der von der EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) geforderte Gewässerschutz durch moderne Druckluftsysteme erreicht, andererseits sinken die Betriebskosten der Anlagen deutlich durch einen geringeren Energieverbrauch.
Fazit: Prozessluft von Anfang an ganzheitlich denken
Das Interview mit Dr. Lobas macht eines deutlich: Die Einführung der 4. Reinigungsstufe ist kein isoliertes Bauprojekt, sondern ein tiefer Eingriff in die energetische Gesamtarchitektur einer Kläranlage. Wer die Zukunftsfähigkeit seines Betriebs sichern möchte, darf die Prozessluft- und Drucklufterzeugung nicht erst am Ende der Planungsphase betrachten. Durch den Einsatz hocheffizienter Drehkolben-, Schrauben- und Turbogebläse in Kombination mit intelligenten, übergeordneten Steuerungssystemen lässt sich der zusätzliche Energiebedarf der 4. Stufe auf ein Minimum begrenzen. So wird der gesetzliche Auftrag zum Gewässerschutz nicht zur Kostenfalle, sondern zum Meilenstein für einen zukunftssicheren, energieoptimierten Kläranlagenbetrieb.
Bereit, Ihr Druckluftsystem zu optimieren? Egal, ob Sie Energiekosten senken, Ihre Ausrüstung modernisieren oder einen zuverlässigen Betrieb sicherstellen möchten – die Experten von KAESER unterstützen Sie gerne!