Abwasser
Analyse des Verstopfungsverhaltens von Vliestüchern im Abwasser

17.12.2019 Teil 1: Ergebnisse aus Felduntersuchungen an verstopften Pumpen. Die Analyse zeigt, dass bereits geringe Konzentrationen nicht-abwassersystemverträglicher Produkte den Pumpenbetrieb negativ beeinflussen.

Bild 1 Von links nach rechts: Blick in das Laufrad der Pumpe, Verstopfung in der Pumpe
© Foto: TU Berlin
Bild 1 Von links nach rechts: Blick in das Laufrad der Pumpe, Verstopfung in der Pumpe
Die zunehmenden Mengen von Vliestüchern (umgangssprachlich Feuchttücher genannt) im Abwasser stellen eine Herausforderung für Abwasserpumpen in der ganzen Welt dar. Einweg-Feuchttücher werden im Haushalt immer häufiger eingesetzt, insbesondere im Badezimmer. Dazu gehören Feuchttücher, die als „nicht spülbar“ vermarktet werden und die für die Entsorgung über den Haushaltsmüll bestimmt sind (z. B. Babytücher und Reinigungstücher) sowie Feuchttücher, die als „spülbar“ verkauft werden (hauptsächlich Feuchtes Toilettenpapier). Jedoch werden beide Arten von Feuchttüchern von den Verbrauchern (teilweise) über die Toilette entsorgt, was zum Verstopfen von Abwasserpumpen und zahlreichen weiteren Betriebsproblemen führen kann, wie in der internationalen Literatur zum Thema eindrucksvoll belegt ist /1 – 6/.

Bisher ist unklar, welche Vliestücher ursächlich für die Verstopfung der Abwasserpumpen sind. Die meisten Abwassernetzbetreiber befürworten ein generelles Verbot aller Vliestücher und argumentieren, dass kein Feuchttuch „pumpensicher“ ist. Einige Hersteller von Vliestüchern argumentieren jedoch, dass die Pumpenverstopfungen ausschließlich durch „nicht-spülbare“ Feuchttücher (wie Babytücher) verursacht werden, die fälschlicher Weise gespült werden, obwohl sie in den Hausmüll gehören. Das Ziel dieser Studie war es daher zu untersuchen, welche Vliestücher in realen Pumpenverstopfungen identifiziert werden können (spülbar/nicht-spülbar). Im zweiten Teil der Studie, die in der nächsten Ausgabe präsentiert wird, ging es darum zu ermitteln, ob unterschiedliche Vliestücher eine unterschiedliche Verstopfungswirkung unter Laborbedingungen aufweisen.

Material und Methoden

Drei Pumpenverstopfungen wurden zu verschiedenen Tageszeiten gesammelt, um tageszeitliche Schwankungen des Abwasserzuflusses zu berücksichtigen. Eine Verstopfung wurde im Frühsommer und zwei wurden im Winter entnommen. Die Verstopfungen stammten aus einem innerstädtischen Pumpwerk in Berlin mit insgesamt sechs trocken aufgestellten Pumpen. Das Pumpwerk entwässert über ein Trennsystem ein Einzugsgebiet mit einer Größe von 15,3 km2 und einem durchschnittlichen täglichen Abwasseraufkommen von 18.500 m3 bei Trockenwetter. Das Einzugsgebiet besteht hauptsächlich aus Wohngebieten und hat etwa 143.200 Einwohner. Die untersuchte Abwasserpumpe weist einen Saugmunddurchmesser von 200 mm auf und ist mit einem geschlossenen Dreikanalrad (Außendurchmesser 404 mm) ausgestattet, siehe Bild 1. Die Drehzahl wird von einem Frequenzumrichter (FU) geregelt.

Zur Beurteilung des Betriebszustands der Pumpe wurden mehrere Parameter überwacht (Förderhöhe, Volumenstrom, Drehzahl und Leistungsaufnahme). Eine „Verstopfung“ der Pumpe wurde als Reduzierung des Volumenstroms um 10 % definiert. Bei Erreichen des Verstopfungskriteriums wurde der Pumpbetrieb angehalten und die Verstopfung von Hand durch eine Wartungsöffnung entfernt. Das pumpenverstopfende Material wurde vorsichtig in einer Desinfektionslösung entwirrt und in Fraktionen unterteilt, wie in Bild 2 dargestellt (Vliestücher, Damenhygieneprodukte, Reste usw.). Die weitere Analyse der Fraktionen wurde vom Sächsischen Textilforschungsinstitut e. V. (STFI) durchgeführt, die auf Vliesstoffe spezialisiert sind. Sie bestimmten das Trockengewicht jedes Bestandteils der Verstopfung und analysierten die Vliesstoffarten der Feuchttücher unter Verwendung typischer Strukturmerkmale und Labortests, wie z. B. Rasterelektronenmikroskopie (REM).
Bild 2 Links: Desinfizieren und entwirren der Tücher. Rechts: In Fraktionen sortierte Verstopfungsbestandteile. © Foto: TU Berlin
Bild 2 Links: Desinfizieren und entwirren der Tücher. Rechts: In Fraktionen sortierte Verstopfungsbestandteile.

Ergebnisse

Bei allen drei der untersuchten Pumpenverstopfungen wurde das definierte Verstopfungskriterium bereits nach kurzer Laufzeit der Pumpe erreicht: Im Durchschnitt war der Volumenstrom nach 14 Minuten um 10 % gesunken. Die durchschnittlich geförderte Abwassermenge bis zum Erreichen des Verstopfungskriteriums betrug etwa 38 m3. Das Trockengewicht der analysierten Pumpenverstopfungen war erstaunlich gering und betrug im Durchschnitt lediglich etwa156 g. Bezogen auf das jeweilig geförderte Volumen ergeben sich damit im Mittel sehr geringe Mengen an verstopfenden Materialien pro m3 Abwasser. Sie reichten von 3,31 g/m3 Abwasser bis 5,42 g/m3 Abwasser, was ungefähr 2 – 4 Babytüchern pro m3 Abwasser entspricht (bei einem durchschnittlichen Tuchgewicht von 1,5 g). Diese Werte sind pumpenspezifisch (da die Laufradtechnologie das Verstopfen beeinflussen kann). Sie weisen jedoch darauf hin, dass bereits sehr geringe Mengen an nicht-abwassersystemverträglichen Produkten innerhalb kurzer Zeit zu nachteiligen Auswirkungen auf Pumpensysteme führen können. Bild 3 gibt einen Überblick über die vorgestellten Merkmale, jeweils für die drei Pumpenverstopfungen sowie für den Durchschnitt.
Bild 3 Charakterisierung der Pumpenverstopfungen © Foto: TU Berlin
Bild 3 Charakterisierung der Pumpenverstopfungen

Bestandteile der Verstopfungen

Die folgenden Bestandteile wurden in den Verstopfungen identifiziert (die Farben beziehen sich auf die Bilder 4 und 5).

Spinnvliestücher (rot): Hergestellt aus Endlosfasern aus Polymergranulaten (Plastik). Sie waren mit der Hand nicht oder nur schwer einreißbar, dehnten sich bei Zug aber stark aus. Aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit und ihres Kunststoffgehalts werden Spinnvliestücher hauptsächlich als nicht-spülbare Produkte verkauft, z. B. als Babytücher, Kosmetiktücher oder Haushaltsreinigungstücher. Vorgesehener Entsorgungsweg für diese Produkte ist der Hausmüll.

Faservliestücher (grün): Hergestellt aus Kurzfasern, die nach dem Airlaid- oder Wetlaid-Verfahren abgelegt und thermisch oder mittels Wasserstrahlen verfestigt wurden. Obwohl alle möglichen Faserarten für Faservliese verwendet werden können, waren die in den Verstopfungen identifizierten Faservliese aus natürlichen, biologisch abbaubaren Fasern (Zellulose, Viskose) hergestellt. Die Feuchttücher waren leicht mit der Hand einreißbar und wiesen teilweise Prägungen auf. Diese Eigenschaften sind typisch für Feuchte Toilettentücher. Daher wurden die Vliestücher in dieser Kategorie mit hoher Wahrscheinlichkeit als spülbare Feuchte Toilettentücher verkauft, die für eine Entsorgung über die Toilette vorgesehen sind.

Nassvliesstoffe (blau): Papierprodukte, die nach dem Papierherstellungsverfahren (Wetlaying) gebildet wurden, wie Küchenrolle, Servietten oder Papiertücher. Vorgesehener Entsorgungsweg für diese Produkte ist der Hausmüll.

Damenhygieneprodukte (orange): Tampons, Binden, Slipeinlagen etc. Der vorgesehene Entsorgungsweg für diese Produkte ist der Hausmüll.

Abfall und Reste (schwarz): Blätter, Haare, Folien. Der vorgesehene Entsorgungsweg für diese Produkte ist der Hausmüll, wobei Blätter auch über Gullys in das Abwassersystem gelangen können.

Verknoteter Rest (grau): Stark verknoteter Kern der Verstopfung, der nicht getrennt oder entwirrt werden konnte. Eine visuelle Untersuchung ergab, dass diese Reste hauptsächlich aus Spinnvliestüchern, die oft mit Haaren verdreht waren, und aus einigen kleineren Mengen Papier und organischen Resten bestanden. Aufgrund der Zugfestigkeit des Materialverbundes kann davon ausgegangen werden, dass er komplett aus nicht-abwassersystemveträglichen Materialien bestand.
Bild 4 Überblick über die Fraktionen in Verstopfung 1 © Foto: TU Berlin
Bild 4 Überblick über die Fraktionen in Verstopfung 1

Bild 5 Prozentuale Verteilung des Trockengewichts der Fraktionen in den Pumpenverstopfungen © Foto: TU Berlin
Bild 5 Prozentuale Verteilung des Trockengewichts der Fraktionen in den Pumpenverstopfungen

Bild 5 zeigt die prozentuale Verteilung des Trockengewichts der analysierten Fraktionen der drei untersuchten Pumpenverstopfungen sowie den Durchschnitt. Papierreste wurden auch in den Pumpenverstopfungen identifiziert. Da das Papier jedoch bei Berührung zerriss und teilweise zerfiel (und es sich daher wahrscheinlich hauptsächlich um Toilettenpapier handelte), wurde es in der Analyse nicht berücksichtigt. Diese Papierreste wurden wahrscheinlich von der bestehenden Verstopfung erfasst, trugen jedoch nicht zu ihrer Bildung bei.

Die größte Fraktion in allen Verstopfungen bildeten die Spinnvliestücher - die nicht-spülbaren Feuchttücher (rot), die für den Hausmüll bestimmt sind. Ihr Anteil lag zwischen 46 % bei Verstopfung 3 und 53 % bei Verstopfung 1.
Durchschnittlich bestanden die Pumpenverstopfungen zur Hälfte (51 %) aus eindeutig identifizierbaren Spinnvliesen. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Fraktion „Verknoteter Rest“ ebenfalls hauptsächlich aus Spinnvliesen bestand, ist es offensichtlich, dass die Verstopfungen hauptsächlich aus nicht-spülbaren Vliestüchern bestanden, die niemals über die Toilette hätten entsorgt werden dürfen.

Die nächstgrößere Fraktion war der jeweilige „Verknotete Rest“ (grau). Wie oben beschrieben, bestand er hauptsächlich aus Spinnvliestüchern, die derart verknotet waren, dass eine Trennung unmöglich war. Durchschnittlich machte der verknotete Rest etwa ein Viertel des Verstopfungsmaterials aus (26 %).

Die Faservliese (grün) bildeten 10 – 15 % des Verstopfungsmaterials, im Durchschnitt 13 %. Wie oben erläutert, wurden diese Tücher höchstwahrscheinlich als spülbare Feuchte Toilettentücher verkauft. Einige der Proben konnten anhand ihrer Prägung mit Hilfe sauberer Referenzproben eindeutig als Feuchte Toilettentücher identifiziert werden. Ein solches Beispiel ist in Bild 6 dargestellt. Das im Verstopfungsmaterial enthaltene Vliestuch (linke Seite) ist eindeutig mit der Referenzprobe aus der Packung Feuchter Toilettentücher identisch, die als spülbar verkauft werden (rechte Seite). Da sie als „spülbar“ vermarktet werden, sollten die Vliestücher in dieser Fraktion nicht in Pumpenverstopfungen vorhanden sein.

In geringerem Maße wurden Damenhygieneprodukte (orange) und Nassvliese (z. B. Küchenrolle; lila) gefunden. Damenhygieneprodukte bildeten durchschnittlich 6 % und Nassvliesstoffe durchschnittlich 4 % des Trockengewichts der Verstopfungen.

Weitere Materialien, zusammengefasst in der Kategorie „Abfall“ (einschließlich Blätter oder Plastikfolien), wurden nur in Verstopfung 3 (1 %) gefunden.
Bild 6 Links: Faservlies aus einer Pumpenverstopfung. Rechts: Referenzprobe von Feuchtem Toilettenpapier, das als spülbar verkauft wird. © Foto: TU Berlin
Bild 6 Links: Faservlies aus einer Pumpenverstopfung. Rechts: Referenzprobe von Feuchtem Toilettenpapier, das als spülbar verkauft wird.

Fazit und Ausblick

Die Analyse der Pumpenverstopfungen hat demonstriert, dass bereits vergleichsweise geringe Konzentrationen an nicht-abwassersystemverträglichen Produkten den Pumpbetrieb erheblich beeinträchtigen können.

Es wurde gezeigt, dass der Hauptbestandteil der Pumpenverstopfungen für den Hausmüll bestimmte Spinnvliestücher sind, wie Babytücher, Reinigungstücher und Kosmetiktücher. Dies weist darauf hin, dass der größte Teil der Feuchttuch-bedingten Pumpenverstopfungen darauf zurückzuführen ist, dass manche Benutzer ihre gebrauchten nicht-spülbaren Feuchttücher fälschlicher Weise über die Toilette anstatt über den Hausmüll entsorgen. Diese Ergebnisse stimmen mit Verstopfungsstudien überein, die in anderen Ländern durchgeführt wurden. In diesen Studien wurden zum Teil noch größere Anteile an nicht-spülbaren Feuchttüchern (meist Babytücher) als Verstopfungsbestandteile identifiziert /6, 7/.

Trotz ihres vergleichsweise geringen Anteils an den untersuchten Verstopfungen sind auch die identifizierten Faservliese von großer Relevanz. Diese Vliestücher wurden höchstwahrscheinlich als spülbare Feuchte Toilettentücher verkauft. Ihr Vorhandensein in den Verstopfungen und ihr oft gut erhaltener Zustand zeigen, dass das Etikett „spülbar“ nicht immer zuverlässig ist. Zumindest einige der als spülbar gekennzeichneten Feuchten Toilettentücher sind nicht pumpsystemverträglich und damit auch nicht abwassersystemverträglich. Abwassersystemverträgliche Feuchttücher sollten vor oder spätestens in der Pumpe zerfallen.

Trotz der geringen Probenzahl zeigt die Analyse konsistente Ergebnisse. Die Aussage, dass kein Vliestuch, das als „spülbar“ verkauft wird, Abwasserpumpen verstopft, konnte eindeutig widerlegt werden. Es konnte jedoch auch gezeigt werden, dass die Hauptursache für Feuchttuch-bedingte Betriebsprobleme in Pumpsystemen nicht die Feuchttuchprodukte, sondern das falsche Entsorgungsverhalten der Anwender ist. Weitere Analysen von Pumpenverstopfungen waren im Rahmen dieser Studie aus Zeit- und Kostengründen leider nicht möglich. Es sind jedoch zusätzliche Untersuchungen erforderlich, um das Wissen über Materialien in Pumpenverstopfungen zu verbessern. Dies sollte verschiedene Regionen und unterschiedliche Einzugsgebiete (ländlich/städtisch) sowie möglicherweise auch Pumpstationen in unmittelbarer Nähe von Krankenhäusern und anderen Pflegeeinrichtungen umfassen.

Um geeignete Lösungsstrategien für die Betriebsprobleme durch Feuchttücher abzuleiten, ist ein tieferer Einblick in die Verstopfungswirkung unterschiedlicher Vliestücher notwendig. Daher wurde im zweiten Teil dieser Studie, der in der folgenden Ausgabe veröffentlicht wird, im Labor untersucht, ob sich das Verhalten von nicht-spülbaren Feuchttüchern und solchen, die als „spülbar“ verkauft werden in der Pumpe unterscheidet. Darüber hinaus wurde analysiert, ob als „spülbar“ verkaufte Feuchttücher, die sich an bestehende Vorgaben der Industrieverbände der Vliestuchindustrie (INDA und EDANA) halten, ebenfalls zu Pumpenverstopfungen führen.

Danksagung

Die Autoren danken Ümit Hasirci und Tim Reese (Technische Universität Berlin) für ihre Unterstützung bei den Laboruntersuchungen, Sascha Kokles (Berliner Wasserbetriebe) für seine Unterstützung im Pumpwerk und Liana Sinowzik (Sächsisches Textilforschungsinstitut eV) für ihre Analyse der Verstopfungsbestandteile.

Literatur

/1/    Wellacher, M.; Leitner, M.: Analyse und Verbleib von Feuchttüchern: Teil 1: Problemstellungen und Untersuchungen, (de). In: KA Betriebs-Info, vol. 49, no. 1, pp. 2794–2800, 2019
/2/    Orr, B.; Karadagli, F.: Effects of flushable products on wastewater infrastructure and natural aquatic environments, Report to Fisheries and Oceans Canada, 2018
/3/    Sydney Water: Keep wipes out of the pipes! | Sydney Water Talk. [Online] Verfügbar: https://www.sydneywatertalk.com.au/wet-wipes. Abgerufen: Apr. 12 2019
/4/    NYC Water Staff: The Plague of „Flushable“ Wipes – NYC Water – Medium. [Online] Verfügbar: https://medium.com/nycwater/the-plague-of-flushable-wipes-fed32e306d98. Abgerufen: Apr. 12 2019
/5/    Mitchell, R.-L.; Gunkel, M.; Waschnewski, J.; Thamsen, P. U.: Nonwoven wet wipes can be hazardous substances in wastewater systems – evidences from a field measurement campaign in Berlin, Germany, 2nd WaterEnergyNEXUS - International Conference, 2018
/6/    Drinkwater, A.; Moy, F.: Wipes in sewer blockage study: Report Ref. No. 21CDP.WS4.WS, 2017
/7/    Fuss & O'Neill for New York City Law Department, „Forensic Evaluation of Non-Dispersables New York City Law Department New York, NY,“ 2016


Ein Beitrag von Raja-Louisa Mitchell, M.Sc., TU Berlin.
raja-louisa.mitchell[at]tu-berlin.de

Fachartikel aus wwt wasserwirtschaft wassertechnik Nr. 11-12/2019

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