Der Weg des Abwassers und die Schmutzwassermischung

Für Phase 1:

• Eimer, kleine Behälter (Schüsseln oder Messbecher)
• Gläser oder Reagenzgläser
• farbige Klebepunkte
• Materialbuffet für Schmutzwasser
• Arbeitsblatt „Schmutzwasser-Rezeptur“

Für Phase 2:

• Behälter (z. B. Eimer, Schüsseln, Plastikbox, Wanne)
• Gläser oder Reagenzgläser
• Siebe und Filter (z. B. Durchschlag, Kaffeefilter, Gaze, Schwämme)
• Reinigungshilfen (Lappen und Tücher)
• Arbeitsblätter „Schmutzwasser“
• Arbeitsblatt „Mini-Filteranlage“

Hinweis

Mit einem Wasserzugang im Außenbereich ist die Durchführung auch sehr gut unter freiem Himmel möglich.

Einstieg

Die Schüler:innen beginnen mit einem kurzen Brainstorming: Woraus besteht Abwasser?

Die gesammelten Begriffe werden an der Tafel festgehalten. Im Folgenden präsentiert die Lehrkraft ein kurzes Experiment zum Löslichkeitsvergleich zwischen Toilettenpapier und Feuchttüchern. Dabei werden ein Blatt Toilettenpapier und ein Feuchttuch in jeweils ein Glas mit Wasser gegeben. Dadurch können die Schüler:innen bereits nachvollziehen, dass sich unterschiedliche Materialien im Wasser verschiedenartig auflösen, und davon ausgehend eigene Experimente erproben.

Varianten

Der Einstieg ist auch direkt über eine Erkundung der Berliner Kanalisation möglich. Hierzu begeben sich die Schüler:innen auf die Suche nach Kanaldeckeln und/oder betrachten und beschreiben gemeinsam eine schematische Darstellung des Kanalsystems.

Phase 1 – Rezept Schmutzwassermischung

In Teams von circa fünf bis sechs Teilnehmer:innen stellen die Schüler:innen Schmutzwassermischungen (je circa fünf Liter) her. Die Herstellung soll von jedem Team genau geplant und auf dem Arbeitsblatt „Schmutzwasser-Rezeptur“ detailliert dokumentiert werden. Jedes Team arbeitet selbstständig an einem eigenen Tisch, an dem Eimer und Messbecher bereitstehen. Die restlichen Materialien, die im Vorfeld gesammelt und/oder mitgebracht werden, stehen in Form eines Materialbuffets für alle zur Verfügung. Nach Herstellung und Dokumentation der Schmutzwassermischungen wird jeweils eine Probe (z. B. in einem Reagenzglas) entnommen. Die Proben der dazugehörigen Teams sollten durch Farbcodes oder mit dem Teamnamen gekennzeichnet werden. Für diese Arbeitsphase können die Arbeitsblätter „Schmutzwasser-Reinigung“ und „Schmutzwasser-Analyse“ genutzt werden.

Hinweise

Flüssigkeiten wie Öl und Spülmittel sollten nur in geringer Dosierung verwendet werden. Die Lehrkraft bietet kleine Behälter für den Transport an, damit die Schüler:innen besser messen und dokumentieren können.

Phase 2 – Die Reinigung

Was passiert mit unserem Abwasser? Um dieser Frage nachzugehen, werden die Schmutzwassermischungen bspw. mittels Losverfahren neu auf die einzelnen Teams verteilt. Jedes Team erhält nun die Aufgabe, die zugewiesene Mischung so gut wie möglich zu reinigen. Am Ende soll erneut eine Wasserprobe entnommen werden. Auch hier ist zu beachten, dass der Prozess der Reinigung detailliert dokumentiert wird und die Inhaltsstoffe des Schmutzwassers durch die Schüler:innen ermittelt werden. Wie und welche Hilfsmittel (z. B. Siebe) für die Reinigung zum Einsatz kommen, ist den Teams überlassen. Hierbei sollte darauf geachtet werden, dass die Wasserprobe erneut farblich gekennzeichnet wird.

Varianten

Zusätzlich zum freien Experimentieren kann auch eine Mini-Filteranlage aus Steinen, Kies, Sand und Aktivkohle gebaut werden. Allerdings sollten bereits im Vorfeld größere Fremdstoffe aus dem Wasser gesiebt werden. Handklärung und Mini-Filteranlage lassen sich auch gut kombinieren.

Auswertung

Im Plenum werten die Schüler:innen Phase 1 und 2 gemeinsam aus. Dafür sollte jedes Team im Vorfeld Zeit bekommen, seine Dokumentation zu ordnen und eine Kurzvorstellung der jeweiligen Vorgehensweise und Ergebnisse abzusprechen. Während der anschließenden Präsentation durch die einzelnen Teams sollte auf eine konstruktive und nicht bewertende Schilderung der Herangehensweisen geachtet werden. Wünschenswert ist, dass die Schüler:innen Herausforderungen (bspw.: Welche Stoffe sind leicht oder schwer zu klären?) bei der Klärung des Abwassers erläutern und sich nicht auf einen Wettbewerb zwischen den Teams einlassen. Außerdem kann das Team die gefundenen Inhaltsstoffe mit der Gruppe, die das Abwasser gemischt hat, abgleichen. Für die Auswertung steht das Arbeitsblatt „Schmutzwasser-Analyse“ zur Verfügung.

Die Wasserproben der jeweiligen Teams können verglichen werden, wobei vor allem der Unterschied zwischen Ausgangs- und Endprobe maßgeblich ist. Im Anschluss an die Präsentationen wird die Herangehensweise der Teams mit den einzelnen Reinigungsstufen im Klärwerk verglichen. Hierfür eignet sich entweder ein Modell oder eine schematische Darstellung (z. B. Schülerbogen Klärwerk). Die gesamte Klasse diskutiert abschließend, welche Stoffe besonders schwer aus dem Wasser zu entfernen sind (hierfür eignet sich das Plakat „Nur der Po gehört aufs Klo“).

• Wasser nicht unnötig verschmutzen
• keine weiteren Fremdstoffe neben den menschlichen Ausscheidungen und Toilettenpapier ins Abwasser einbringen
• generell Müll vermeiden
• kleine Wasserfilter bauen (z. B. zum Blumengießen)

Mechanische Reinigung: Abwasser gelangt aus Haushalten, Industrie und Gewerbe ins Klärwerk und dort zuerst in die mechanische Reinigung. Bei trockenem Wetter reinigen Klärwerke in Berlin täglich rund 665.000 Kubikmeter Abwasser. Die Reinigungsschritte Rechenanlage, Sandfang und Vorklärbecken bilden die erste Reinigungsstufe eines Klärwerks. Im Rechen werden grobe Verschmutzungen (hauptsächlich Papier, Plastik, Laub, Hygieneartikel etc.) entfernt. Diese Stoffe werden in (Müll-)Containern gesammelt und gesondert entsorgt. Im Sandfang werden mineralische Verunreinigungen (Sand, Glassplitter, Kies etc.) dem Abwasser entzogen, indem die schweren Stoffe langsam zum Boden eines Beckens sinken. Im Vorklärbecken werden, durch Verringerung der Fließgeschwindigkeit, weitere absetzbare Stoffe aus dem Abwasser entfernt. Darüber hinaus lassen sich auch Stoffe mit geringerer Dichte als Wasser (Öle und Fette) abschöpfen. Der entnommene Schlamm, Primärschlamm, wird entwässert und im Faulturm für die Produktion von Methan – und das wiederum für die Energiegewinnung – genutzt.

Biologische Reinigung: Die zweite Reinigungsstufe wird biologische Reinigung genannt. Hier werden im Belebungsbecken durch die Zugabe von Sauerstoff günstige Bedingungen für Bakterien geschaffen. Diese Kleinlebewesen zersetzen die organischen Bestandteile des Wassers und sammeln sich als Schlammflocken am Boden oder an der Wasseroberfläche.

Nachklärung: In dieser letzten Reinigungsstufe kommt das Abwasser wieder zur Ruhe, schwimmender oder abgesunkener Klärschlamm wird entfernt. Manchmal wir dabei auch ein Metallsalz als Flockungshilfsmittel eingesetzt. Das dann zu gut 98 Prozent gereinigte sogenannte Klarwasser wird anschließend in einen Fluss geleitet.

Rückführung: Für die restlichen zu klärenden Anteile des Abwassers wird eine dritte und in modernen Anlagen auch eine vierte Reinigungsstufe eingesetzt. Anorganische Stoffe wie Nitrate, Phosphate und Schwermetalle (durch Reinigungsmittel, Medikamente etc.) werden durch chemische Prozesse (Fällungsbehandlung) aus dem Abwasser entfernt. Nitrate werden wiederum durch Mikroorganismen gebunden. Mittlerweile verfügen zahlreiche Kläranlagen über eine vierte Reinigungsstufe, dabei können verschiedene Verfahren zum Einsatz kommen, um vor allem Medikamentenrückstände, Schwebeteilchen und Farbstoffe dem Abwasser zu entziehen.

Das gereinigte Abwasser wird nach Durchlauf dieser Reinigungsstufen schließlich in offene Gewässer (Flüsse, Seen) geleitet und somit wieder dem natürlichen Wasserkreislauf zugeführt.

Weitere Reinigungsstufen: Der dreistufige Prozess hat viel entfernt, aber nicht alles. Die verbliebenen etwa 1,5 Prozent bestehen nahezu vollständig aus Resten von Stickstoff und Phosphor, die die Bakterien nicht geschafft haben. Beides sind Nährstoffe, die Algen düngen und unsere Flüsse so grün färben. Um sie weiter zu minimieren, werden in den Berliner Klärwerken weitergehende Reinigungsstufen gebaut. Das sind die Flockungsfiltration (Nr. 4, gegen Phosphor) und die Prozesswasserbehandlung (Nr. 5, gegen Stickstoff). Weitere Reinigungsstufen entstehen in den kommenden Jahren gegen sogenannte Spurenstoffe (u. a. manche Medikamente, künstliche Süßstoffe), dafür nimmt man Ozon, sowie gegen Keime, gegen die UV-Lampen zum Einsatz kommen. Das wären dann die Stufen 6 und 7.

Abwasserbehandlung in Deutschland: In Deutschland sind über 96 Prozent der Haushalte an die öffentliche Kanalisation angeschlossen: Das heißt, das Abwasser der Haushalte wird in der öffentlichen Kanalisation gesammelt – rund 540.723 Kilometer Abwasserkanäle – und in Kläranlagen geleitet. Es gibt knapp 10.000 solcher Kläranlagen. In öffentlichen Kläranlagen werden jährlich insgesamt etwa zehn Milliarden Kubikmeter Abwasser (davon circa fünf Milliarden durch Regenwasser) behandelt.