Kombinierte Methoden mit Ultraschall zur ... - Euro-Open Kft

Torben Blume 

Kombinierte Methoden mit Ultraschall 

zur Desinfektion von Abwasser 

Arbeitsbereich Abwasserwirtschaft 

Technische Universität Hamburg-Harburg 

21071 Hamburg 

Germany 

email: blume@tu-harburg.de 

Abstract 

Einleitung 

Niederfrequenter Hochleistungsultraschall ist aufgrund seiner starken 

mechanischen Scherkräfte ein wirkungsvolles Verfahren zur Vereinzelung von 

Bakterienzellen. Geringe Energieeinträge bewirken hierbei zunächst eine 

Deagglomeration; bei hohen Intensitäten und langen Beschallzeiten können 

auch die Bakterienzellwände geschädigt werden, so dass es zur Abtötung 

kommt. Da im letzteren Fall der benötigte Energieeintrag sehr hoch ist, 

erscheint die Desinfektion von Abwasser alleine mit Ultraschall derzeit noch 

nicht wirtschaftlich. 

Klassische Desinfektionsverfahren sind in ihrer Wirkung stark abhängig vom 

Feststoffgehalt des Abwassers; pathogene Keime lagern sich an die 

mitgeführten Feststoffe an und finden somit Schutz vor der Desinfektion. 

Daher sind den UV-Anlagen üblicherweise Sandfilter vorgeschaltet, und bei 

der Verwendung von Chlor hat sich eine Überdosierung durchgesetzt. 

In dieser Arbeit wurde untersucht, ob sich durch den kombinierten Einsatz von 

Ultraschall und UV die Wirksamkeit des UVs derart verbessern lässt, dass auf 

Sandfilter verzichtet werden kann. Darüber hinaus wurde beim Einsatz von 

Chlor erforscht, ob sich bei Kombination mit Ultraschall schon bei niedrigen 

Chlor-Konzentrationen die gleiche Wirkung einstellt, die sonst nur mit höheren 

Dosierungen des ökologisch bedenklichen Chlors möglich ist. 

In den letzten Jahren sind in Europa die Anforderungen an die Qualität von 

Kläranlagenabläufen immer weiter gestiegen, und durch die Umsetzung europäischer 

Richtlinien auf nationaler Ebene konnte die Gewässerqualität deutlich verbessert 

werden. 

Derzeit gibt es in Deutschland generell noch keine mikrobiologischen Untersuchungsparameter 

bzw. -grenzwerte für Kläranlagenabläufe, es gelten für Einleitungen 

in die Vorflut lediglich biologische und chemische Parameter der Abwasserverordnung 

(AbwV vom 17.06.2004, Anhang 1). Erfolgt die Einleitung jedoch in 

Badegewässer, so müssen die Grenzwerte der Europäischen Badegewässerrichtlinie 

TU Hamburg-Harburg Reports on Sanitary Engineering 50, 2005 

Neis U. (ed): Ultrasound in Environmental Engineering III 

ISSN 0724-0783; ISBN 3-930400-69-3 79

T. Blume 

(76/160/EWG) eingehalten werden. Daher kommt auf einigen deutschen Kläranlagen 

(vorwiegend an Nord- und Ostsee) bereits heute eine nachgeschaltete 

Desinfektionseinheit zum Einsatz. Zusätzlich wurden in einigen Ländern und Gemeinden 

Programme ins Leben gerufen, z.B. das Sonderprogramm „Badegewässerqualität 

Obere Isar“ des Bayerischen Landesamtes für Wasserwirtschaft, um die 

mikrobiologische Qualität von Flüssen durch Desinfektion von Kläranlageneinleitungen 

nachhaltig zu verbessern. Dabei werden die Desinfektionsstufen üblicherweise 

nur in den Sommermonaten betrieben, wenn mit Badebetrieb zu rechnen ist. 

Weltweit stellen Chlorverbindungen das meist verbreitete Desinfektionsverfahren in 

der Abwasserbehandlung dar; in Deutschland, Großbritannien und zunehmend auch 

in den USA wird hingegen auf UV-Desinfektion gesetzt. 

Eine Vielzahl von Studien hat ergeben, dass die Wirksamkeit der eingesetzten 

Desinfektionsmethoden von der Konzentration der im Abwasser mitgeführten 

Feststoffe (AFS) abhängig ist (Narkis et al., 1995; Darby et al., 1993). Da Bakterien 

und Viren kaum frei, sondern zu über 90% partikelassoziiert im Wasser vorliegen 

(Örmeci, 2002), werden sie von den Feststoffen vor dem Angriff durch Desinfektionsmittel 

geschützt (LeChevallier et al., 1988). Aus diesem Grund hat sich der Betrieb 

von Filtrationseinheiten (üblicherweise Sandfilter) vor dem Einsatz des Desinfektionsmittels 

durchgesetzt. Auch wenn sich so die Feststoffe gut zurückhalten lassen, ist 

der Einsatz von Filtern nicht unproblematisch: sie sind teuer in der Errichtung und im 

Unterhalt, müssen aufgrund des häufigen Ausfallens durch Rückspülen mehrfach 

vorgehalten werden und neigen bisweilen zum Verstopfen. 

Ziel unserer Arbeiten ist es, den Filtrationsschritt zu vermeiden und stattdessen den 

Zulauf zur Desinfektionsstufe mit Ultraschall vorzubehandeln. Mit diesem Ansatz ist 

es möglich, die im Abwasser mitgeführten (Schlamm-)Agglomerate schon bei 

geringer Ultraschalldosis zu zerlegen und die mitgeführten pathogenen Keime 

freizusetzen, so dass sie der folgenden Desinfektionseinheit schutzlos ausgesetzt ist. 

Laboruntersuchungen haben gezeigt, dass es möglich ist, allein mit niederfrequentem 

Ultraschall Abwasserproben zu hygienisieren: aufgrund der starken 

Scherkräfte werden die Zellwände der Bakterien durch die Beschallung zerstört und 

der Organismus dementsprechend inaktiviert (Neis und Blume, 2003). Da die 

Desinfektionsrate bei diesem Verfahren jedoch gering bzw. der Energieeintrag sehr 

hoch ist, scheint eine großtechnische Anwendung derzeit nicht sinnvoll. Vielmehr soll 

hier vorgestellt werden, in wie weit Ultraschall die Effizienz bewährter Desinfektionsverfahren 

verbessert, so dass sich der Gesamtenergieeintrag bzw. der Chemikalieneinsatz 

reduzieren lässt. 

Material und Methoden 

Die Abwasserproben wurden dem Ablauf des Nachklärbeckens der kommunalen 

Kläranlage Seevetal (nahe Hamburg) entnommen, die geringe Feststoffkonzentration 

(gemessen als abfiltrierbare Stoffe, AFS) variierte zwischen 5 und 10 mg/L. Um den 

Einfluss höherer AFS-Konzentrationen untersuchen zu können, wurde diese bei 

manchen Experimenten durch Zugabe von autoklaviertem Belebtschlamm 

entsprechend angehoben. 

Bei den Experimenten kamen unterschiedliche Ultraschallsysteme zum Einsatz. 

80

Kombinierte Methoden mit Ultraschall zur Desinfektion von Abwasser 

Für die Laboruntersuchungen zum alleinigen Ultraschalleinsatz sowie in Kombination 

mit UV wurde eine Branson-Stabsonotrode verwendet (20 kHz, Sonotrodenspitzendurchmesser: 

1,3 cm, Leistungsabgabe: 2-81 Watt). Bei dem UV-System handelte es 

sich um eine Niederdruck-Quecksilberdampflampe (Hersteller: Pureflow Ultraviolet 

Inc.), die laut Hersteller 14 Watt aufnimmt und 3 Watt bei 254nm emittiert; die Lampe 

ist in eine röhrenförmige Durchflusszelle (300 mL) eingelassen, durch die das 

Medium parallel zur Lampe strömt. 

Bei der halbtechnischen Versuchsanordnung zur Kombination Ultraschall/UV auf der 

Kläranlage Seevetal wurde ein an der TUHH entwickelter 25-L-Pfropfenströmungsreaktor 

eingesetzt. Dieser ist bestückt mit fünf 1-kW-Sonotroden (Fa. Sonotronic), die 

mit 20 kHz arbeiten. Bei der UV-Einheit handelt es sich um ein ca. 2 m langes 

Gerinne (Fa. Wedeco) mit einem Volumen von 34 L: die vier in der Leistung regelbaren 

Quecksilberniederdruck-Strahler (max. Leistung: 250 Watt) sind parallel zur 

Strömungsrichtung angeordnet. Mit Hilfe von Aluminiumstreifen wurden 50% der 

Quarzrohroberflächen der Strahler abgeklebt, um nicht alleine durch UV eine absolute 

Desinfektion zu erreichen. Der behandelte Teilstrom des Kläranlagenablaufs ist 

zwischen 2 und 4 m³/h regelbar. 

Abbildung 1: Versuchsanordnung auf der KA Seevetal 

81

Pumpe: 2 -4 m 3 /h 

Ultraschall - 

reaktor 

Ablauf der 

Nach klärung 

UV -Gerinne 

T. Blume 

Überlauf UV - 

Gerinne 

in den Ablauf 

der Kläranlage 

Probenahm 

Abbildung 2a und 2b: Schematische Darstellung der Versuchsanordnung sowie 

des Ultraschallwandlers 

Für die Laboruntersuchungen zur Kombination Ultraschall/Chlor kamen zwei 

verschiedene Stabsonotroden zum Einsatz: Ein 20-kHz-”Sonotronic KS1000/2000” 

(Sonotrodenspitzendurchmesser: 4,5 cm, max. elektrische Leistungsaufnahme: 

510 Watt (kalorimetrisch: 350 Watt)) sowie ein 35-kHz-“Sonotronic KS35/800” (Sonotrodenspitzendurchmesser: 

3,0 cm, max. elektrische Leistungsaufnahme: 224 Watt 

(kalorimetrisch: 114 Watt)). Als Chlorverbindung wurde Natriumhypochlorit (NaClO) 

verwendet; an jedem Versuchstag wurden die benötigten Lösungen frisch von einer 

Stammlösung hergestellt. 

Die mikrobiologischen Bestimmungen wurden per Filtrationsverfahren gemäß den 

„Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater” (APHA, 1995) 

durchgeführt. Zur Bestimmung von Gesamtkoliformen Keimen, E. Coli sowie 

Fäkalstreptokocken wurden die entsprechen selektiven Agartypen der Fa. Merck 

verwandt. Die Partikelgrößenanalysen erfolgten mittels auf dem Prinzip der Laserabschattung 

basierten Systems (CIS-100, Fa. Galai). AOX wurden mittels eines 

TOX-10S (Fa. Abimed) gemäß der Standardmethode nach DIN 38409 analysiert. 

Wirkungsweise des Ultraschalls: Einfluss auf die Partikelgrößenverteilung 

In einer Vielzahl von Experimenten wurden Abwasserproben (Ablauf Nachklärung) 

einer Ultraschallbehandlung ausgesetzt. Um die physikalische Veränderung der 

Probe zu beurteilen, wurde die Partikelgrößenverteilung aufgenommen. 

Zur besseren Verdeutlichung des Ultraschalleffektes wurden zunächst Proben aus 

der Vorklärung behandelt. Diese Proben wurden für jeweils 20 Sekunden beschallt, 

die eingetragene Energiedichte wurde von 30 bis auf 310 W/L gesteigert. In der Referenzprobe 

wiesen zunächst 63 % der gemessenen Feststoffe einen Durchmesser 

von mehr als 50 µm auf, d.h. einen Teilchendurchmesser, ab dem gemäß Sakamoto 

und Zimmer (1997) eine UV-Desinfektion nur noch erschwert möglich ist und deutlich 

höhere Leistungseinträge erfordert. Nach der Beschallung für 20 Sekunden bei 

30 W/L entfielen auf diese Größenklasse nur noch weniger als 10 % der detektierten 

600 

120 

Sonotrode 

400 

550 

970 

82


Feststoffe. Eine Erhöhung der Ultraschallenergiedichte (80 W/L, 220 W/L, 310 W/L) 

führte dann nur noch zu geringeren Veränderungen in der Partikelgrößenzusammensetzung. 

Offensichtlich haben bereits kurze Beschallzeiten bei geringem Energieeintrag 

(30 W/L) einen deutlichen Einfluss auf die Partikelgrößenverteilung. Eine Steigerung 

der Ultraschalldosis hat nur noch marginale Effekte. Ein deutlicher Einfluss auf 

die Bakterienkonzentration kann bei diesen geringen Ultraschalldosen jedoch nicht 

beobachtet werden: die Konzentration der Gesamtkoliformen lag stets unter 0,2-log- 

Einheiten, und auch die mittlere Partikelgröße, die mit mehr als 6 µm noch deutlich 

größer ist als der Koliformendurchmesser, weist nicht auf eine Zerstörung der 

Bakterien hin. 

Volume cumulative [%] 

100% 

75% 

50% 

25% 

0% 

1 10 100 1000 

Particle size [µm] 

Reference 

30W/L, 20s (= 600Ws/L) 

80W/L, 20s (= 1600Ws/L) 

220W/L, 20s (= 4600Ws/L) 

310W/L, 20s (= 6200Ws/L) 

Abbildung 3: Veränderung der Partikelgrößenverteilung des Ablaufs der Vorklärung 

durch Beschallung (für 20 s bei verschiedenen Intensitäten) 

Kombinierte Abwasserdesinfektion mit Ultraschall und UV 

a: Laboruntersuchungen 

Der Einsatz von UV führt zwar schon nach kurzer Zeit zu guter Keimzahlreduktion, 

jedoch lässt sich durch weitere Erhöhung der Dosis die Bakterienkonzentration nicht 

auf ein beliebiges Maß verringern; dieser sog. „Tailing-Effekt“ ist in der Literatur z.B. 

durch Sakamoto und Zimmer (1997) beschrieben. Da aber bereits nach kurzen 

Beschallzeiten Bakterien wirkungsvoll vereinzelt werden können, müsste die Effizienz 

einer nachfolgenden UV-Desinfektion deutlich zu steigern sein. Diese Strategie vor 

Augen haben wir Abwasserproben (mittlere Partikelgröße: ca. 10 µm) für 5, 10 und 

30 Sekunden mit UV bestrahlt, wobei ein Teil der Proben zusätzlich vorab mit 

Ultraschall behandelt wurde (Abbildung 4). 

Abbildung 4 zeigt sehr deutlich den „Tailing-Effekt“, der immer dann zu beobachten 

ist, wenn nicht filtrierte Proben desinfiziert werden sollen. Zunächst beobachtet man 

83

T. Blume 

ein starkes Abklingen der Bakterienkonzentration (E.-coli-Reduktion von 2,8 log- 

Einheiten bereits nach 5 Sekunden), aber dieser Trend lässt sich durch entsprechende 

Dosiserhöhung nicht beibehalten: eine Versechsfachung (30s) der Betrahlung 

bewirkt nur noch einen weiteren Rückgang um 0,9-log auf insgesamt 3,7 log- 

Einheiten, so dass der gesetzlich definierte Badegewässer-Leitwert von 100 E.coli / 

100mL nicht unterschritten wird. Bei den für 5 Sekunden ultraschallbehandelten 

Proben ist eine eindeutige Prozessverbesserung um durchschnittlich eine log-Stufe 

zu beobachten: jetzt reichen 5 Sekunden UV-Bestrahlung aus, um die gleiche 

Reduktion (3,7 log-Einheiten) herbeizuführen, für die sonst 30 Sekunden UV nötig 

waren. Zwar ist der Leistungseintrag des Ultraschall vergleichsweise hoch (5s bei 80 

W/L = 400 Ws/L), aber es zeigte sich bei diesen Laborversuchen, dass die Summe 

aus 5 Sekunden Ultraschall und 10 Sekunden UV (insgesamt 900 Ws/L) energetisch 

noch immer deutlich günstiger ist als eine alleinige Bestrahlung für 30 Sekunden 

(1500 Ws/L), und die kritische Konzentration von 100 E.coli / 100mL kann nunmehr 

problemlos unterschritten werden. 

E. coli [CFU/100 mL 

1,E+06 

1,E+05 

1,E+04 

1,E+03 

1,E+02 

1,E+01 

EU Badegewässer-Richtlinie: 

Leitwert: 100 E. coli / 100 mL 

1,E+00 

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 

UV Energieeintrag [Ws/L] 

nur UV (50 W/L) 

US (80 W/L, 5s.) + UV (50W/L) 

Abbildung 4: “Tailing-Effekt” der UV-Desinfektion (AFS: 14 mg/L), mit und ohne 

Ultraschall-Vorbehandlung 

b) Halbtechnische Versuche 

Wie schon im Labor fiel auch bei der halbtechnischen Anwendung auf, dass kurze 

UV-Behandlungszeiten (30s, s. Abb. 5) zu guten Keimzahlreduktionen führen; eine 

Verlängerung der Verweilzeit bewirkt dagegen kaum noch eine weitere Reduktion. 

84

Gesamtkoliforme [KBE/100 ml] 

1,E+06 

1,E+05 

1,E+04 

1,E+03 

1,E+02 

1,E+01 

1,E+00 


0,00 

3,40 

Referenz 30s UV 

(0,2 kWh/m³) 

3,49 

45s UV 

(0,26 kWh/m³) 

Gesamtcoliforme -log10 GC 

Verweilzeit im UV-Gerinne in Sekunden und UV-Leistungseintrag 

3,73 

60s UV 

(0,4 kWh/m³) 

Abbildung 5: Einfluss der Verweilzeit im UV-Gerinne (UV-Leistung: 70%, AFS: 10- 

12 mg/l, UV-Transm.: 64%/cm) 

Im Folgenden wurde dann untersucht, ob eine Ultraschallvorbehandlung den 

Desinfektionsprozess begünstigt. Aufgrund der Reaktorgeometrien war es in diesem 

gekoppelten System nicht möglich, die Verweilzeiten in den beiden Anlagenteilen 

unabhängig voneinander zu verändern, die Aufenthaltszeit im Ultraschallreaktor 

betrug somit immer 75% von der im UV-Gerinne. 

Abbildung 6 zeigt die Verbesserung der UV-Entkeimung durch Einsatz von 

Ultraschall, wobei nicht nur die Ultraschallleistung variiert wurde, sondern auch die 

Anzahl der betriebenen Sonotroden. 

0 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

log. Reduktion [-log10] 

85

Gesamtcoliforme [KBE/100mL] 

1,E+06 

1,E+05 

1,E+04 

1,E+03 

1,E+02 

1,E+01 

1,E+00 

0,00 

Referenz nur 

UV (0,2 kWh/m³) 

T. Blume 

0,05 

0,24 

UV + 1 Sonotrode 

(0,34/0,45 kWh/m³) 

0,28 

0,31 

UV + 2 Sonotroden 

(0,48/0,70 kWh/m³) 

Amplitude = 50% 

Amplitude = 100% 

-log10 GC 

-log10 GC 

0,39 

0,46 

UV + 4 Sonotroden 

(0,76/1,20 kWh/m³) 

Abbildung 6: Einfluss der Anzahl der Ultraschall-Sonotroden (UV-Leistung: 70%, 

Verweilzeit: 30s, Q: 4m³/h, AFS: 10,5-13,5 mg/L, UV-Transm.: 

64%/cm) 

Aus Abbildung 6 wird ersichtlich, dass sich der Ultraschall positiv auf den Prozess 

auswirkt, die guten Laborergebnisse sind jedoch mit dem derzeitigen System noch 

nicht zu erreichen. Vor dem Hintergrund, dass die UV-Anlage für den gewählten 

Volumenstrom überdimensioniert war, ist eine Entkeimungsverbesserung von knapp 

0,4 bzw. 0,5 log-Stufen (bei 4 Sonotroden und 50- bzw. 100% Ultraschallamplitude) 

jedoch beachtlich. 

Kombinierte Abwasserdesinfektion mit Ultraschall und Chlor 

Noch immer ist Chlor weltweit das meist eingesetzte Mittel zur Abwasserdesinfektion. 

In Deutschland wird es jedoch schon seit einiger Zeit nicht mehr verwendet, 

hauptsächlich aus zwei Gründen: 

1. Chlor zeigt (wie UV) die gleiche Limitation bei erhöhten Feststoffkonzentrationen 

(Metcalf & Eddy, 2003). Abhängig von der Feststoffkonzentration des Abwassers 

empfiehlt die DWA daher Chlorkonzentrationen von zwischen 5 und 15 mg/L (ATV, 

1985); eine Entchlorung vor Einleitung in den Vorfluter kann somit nötig werden, um 

die Fauna im Gewässer nicht zu beeinflussen. 

2. Hohe Chlorkonzentrationen führen zur Bildung von Desinfektionsnebenprodukten 

(AOX, THM), die kanzerogen sein können. 

Wir haben untersucht, ob durch Ultraschallbehandlung die Dosierung des umweltschädlichen 

Chlors herabgesetzt werden kann. Bei entsprechender Reduktion der 

Chlordosis wäre auch ein deutlicher Rückgang der Nebenprodukte zu erwarten. 

0 

0,1 

0,2 

0,3 

0,4 

0,5 

0,6 

log. Red. durch Ultraschall [-log10] 

86


Eigene Voruntersuchungen haben gezeigt, dass geringe Chlor- und hohe Feststoffkonzentrationen 

(AFS ca. 30-60 mg/L) nur zu einer schwachen Entkeimung führen. 

Deshalb wurde gerade unter solchen Bedingungen Ultraschall eingesetzt. Es wurde 

eine feststoffangereicherte Probe (AFS: 47 mg/L) hergestellt und diese für 30 

Minuten mit Natriumhypochlorit behandelt. Dabei wurde die Chlor-Konzentration mit 

1 mg/L bewusst niedrig gewählt. 

Total Coliforms [CFU / 100 mL] 

1,0E+06 

1,0E+05 

1,0E+04 

1,0E+03 

1,0E+02 

1,0E+01 

1,0E+00 

1,6E+05 

0,00 

3,4E+04 

Reference Chlorination 

(1 mg/L) 

0,14 

2,4E+04 

0,34 

1,5E+04 

0,93 

4,0E+03 

1,76 

30 s US + Cl 180 s US + Cl 300 s US + Cl 600 s US + Cl 

Abbildung 7: : Auswirkung verschiedener Ultraschall-Vorbehandlungszeiten 

auf die Wirksamkeit der Chlorung (1mg Cl/L, 20 min.) 

Abbildung 7 zeigt für einen 1-L-Batch-Versuch die Verbesserung der Chloreffizienz 

durch Behandlung mit Ultraschall (20 kHz, 350 W). Abhängig von der Dauer der 

Beschallung (30 / 180 / 300 / 600 s) werden die Partikelagglomerate in der Probe 

zerschlagen, so dass das Chlor die freigesetzten Bakterien besser erreichen und 

inaktivieren kann. Man sieht, dass bei alleiniger Chlorung mit 1 mg/L die Konzentration 

an Gesamtkoliformen um lediglich 0,7 log-Einheiten zurück geht. Mit zunehmender 

Beschalldauer kann die Desinfektion um bis zu 1,76 weitere log-Stufen gesteigert 

werden. Diese deutliche Verbesserung um den Faktor 2,5 gegenüber der alleinigen 

Chlorung verdeutlicht, dass selbst geringe Konzentrationen an Desinfektionsmitteln 

sehr effizient sein können, wenn sie in Kombination mit Ultraschall appliziert werden. 

Frühere Untersuchungen haben ergeben, dass die alleinige Beschallung nur dann 

einen Effekt auf die Bakterienkonzentration hatte, wenn sie für lange Zeit einwirkte 

(Neis und Blume, 2003). Daher ist nicht anzunehmen, dass die verbesserte 

kombinierte Desinfektion auf eine Zerstörung der Bakterienzellwände durch den 

Ultraschall zurückzuführen ist. Um die wirksamen Effekte besser eingrenzen zu 

können, wurden zwei Kombinationen untersucht: simultane Beschallung/Chlorung 

sowie Ultraschallbehandlung gefolgt von der Chlorung. 

Neben 20-kHz- wurde auch 35-kHz-Ultraschall untersucht und die Chlor- 

Konzentrationen wurden zu 2 mg/L und 5 mg/L eingestellt. Der pH-Wert blieb in dem 

gepufferten Abwasser bei 7,2 nahezu konstant. 

5,8E+02 

0 

1 

2 

3 

4 

5 

6 

Improved disinfection by sonication [log10] 

87

log E. coli reduction 

0,0 

-0,5 

-1,0 

-1,5 

-2,0 

-2,5 

Chlorination (30 min) 

�� 

�� 

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US (20 kHz) & 2mg/l Cl 

�� 

US pre-treatment 

(1 min) & Chlorination 

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T. Blume 

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US pre-treatment 


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US simultaneous 


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US simultaneous 


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�� 

Abbildung 8: Vergleich von sukzessiver und simultaner Beschallung/Chlorung 

eines feststoffangereicherten Kläranlagenablaufs (TSS: 50 mg/L) bei 

verschiedenen Chlorkonzentrationen 

Aus Abbildung 8 lassen sich einige Schlussfolgerungen ziehen. Stets bewirkt eine 

Beschallung eine Verbesserung der Chlorung, wobei die 35-kHz-Beschallung 

effizienter ist als die bei 20 kHz. Bei simultaner Anwendung von 35-kHz-Ultraschall 

für 5 Minuten wird die logarithmische E.-coli-Reduktion gegenüber der einfachen 

Chlorung mehr als verdoppelt. Zum Erreichen eines Desinfektionszieles lässt sich 

also die Chlorkonzentration deutlich senken. Dies würde sich auch positiv auf die 

Nebenproduktbildung auswirken; die ultraschallbedingte AOX-Bildung ist in diesem 

Frequenzbereich vernachlässigbar (Blume und Neis, 2004). 

In der Mehrzahl der Fälle zeigt die gleichzeitige Beschallung eine stärkere 

Verbesserung der Chlorung als eine Ultraschall-Vorbehandlung. Dies ist besonders 

stark bei der höheren Chlor-Konzentration von 5 mg/L ausgeprägt: eine Minute 

simultane Beschallung zeigt eine größere Effizienz zeigt als eine fünfminütige 

Ultraschall-Vorbehandlung. Es liegt nahe, dass durch die gleichzeitige Applikation 

nicht nur Agglomerate vereinzelt werden, sondern auch dass die NaClO-Lösung 

feiner dispergiert wird. Die Erkenntnis, dass niederfrequenter Ultraschall die 

Chloreffizienz am stärksten erhöht, wenn er simultan angewandt wird, deckt sich mit 

den Beobachtungen von Duckhouse (Duckhouse et al., 2003). 

Mit zunehmender Beschalldauer steigt die Effizienzverbesserung. Auch wenn der 

kurze Ultraschalleinsatz nicht direkt zu einer Zellinaktivierung führt, wird vermutlich 

die Bakterienoberfläche derart angegriffen, dass die Penetration des Chlors 

begünstigt wird. 

�� 

�� 

�� 

88


Zusammenfassung und abschließende Bemerkungen 

Bereits kurze Beschalldauern mit niederfrequentem Hochleistungsultraschall wirken 

auf die partikuläre Phase im gereinigten Abwasser, es kommt zur Zerschlagung von 

Feststoffagglomeraten. Dies hat Auswirkungen auf eine Desinfektion durch UV oder 

Chlor. 

Die Kombination von kurzer Ultraschall-Vorbehandlung und anschließend UV 

erscheint versprechend, da die Effizienz des UV stark erhöht werden kann. Dies gilt 

insbesondere dann, wenn das Abwasser hohe Feststoffgehalte aufweist. Ultraschallgeräte 

sind kleine, wartungsarme Anlagen, die sich temporär (z.B. bei erhöhtem 

Schlammabtrieb) betreiben lassen. Somit können sie eine Alternative zu den bisher 

stets dem UV vorgeschalteten Sandfilter sein, der hohe Investitions- und Betriebskosten 

verursacht. 

Auch bei der Chlorung von Abwasser wirken hohe Feststoffgehalte limitierend, die 

somit erforderliche höhere Chlor-Dosierung führt jedoch zur massiven Bildung 

unerwünschter Nebenprodukte. Der Einsatz von Ultraschall in feststoffhaltigen 

Proben hat gezeigt, dass bei Chlorkonzentrationen von nur 1mg/L eine Effizienzsteigerung 

bis zum 2,5-fachen möglich ist. Folglich sind zum Erreichen eines bestimmten 

Desinfektionsgrades geringere Dosierungen des umweltschädlichen Chlors möglich, 

die Nebenproduktbildung geht dadurch zurück. Da bei der simultanen Ultraschallbehandlung 

die Effizienzsteigerung der Desinfektion deutlich größer ist als bei der 

vorgeschalteten, wirkt Ultraschall nicht nur hinsichtlich der Zerschlagung von 

Agglomeraten, sondern vermutlich auch auf das Dispergieren des Natriumhypochlorits. 

Literatur 

American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment 

Federation (1995) Standard Methods for the Examination of Water and 

Wastewater. 19 th edition, Washington 

ATV Abwassertechnische Vereinigung (1985) Desinfektion von Abwasser. Lehr- und 

Handbuch der Abwassertechnik. Band IV: Biologisch-chemische und weitergehende 

Abwasserreinigung. Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin 

Blume T. and Neis U. (2004) Combined acoustical-chemical Method for the Disinfection 

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Kombinierte Methoden mit Ultraschall zur ... - Euro-Open Kft

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