Straßenabflüsse lassen sich durch Sedimentation, Flotation und Filtration behandeln
Mikroplastik – nicht nur im Meer immer mehr

07.07.2020 Aus unserer unmittelbaren Umgebung gelangen winzige Plastikpartikel ins Meer – und über die Nahrungskette zu uns zurück. Weltweit verteilt belastet Mikroplastik Luft, Boden und Wasser. Bei der Suche nach dessen Herkunft wird immer deutlicher, dass Reifenabrieb eine sehr wichtige Rolle spielt. Doch der Regenabfluss von Straßen bietet die Möglichkeit, einiges davon zurückzuhalten.

Reifen verlieren mit der Zeit an Substanz und setzen neben Feinstaub auch Kleinstpartikel frei. Die gelangen von der Straße in Luft, Boden und Gewässer.
© Foto: J.Mallander/pixabay
Reifen verlieren mit der Zeit an Substanz und setzen neben Feinstaub auch Kleinstpartikel frei. Die gelangen von der Straße in Luft, Boden und Gewässer.
Ohne es zu merken, nimmt jeder von uns pro Woche bis zu 5 Gramm Mikroplastik mit der Nahrung zu sich. Das entspricht dem Gewicht einer Kreditkarte. Diese Aussage der weltweit tätigen Umweltstiftung World Wide Fund For Nature (WWF) schockiert, auch wenn die ermittelten Werte von Person zu Person variieren, abhängig von Regionen und konsumierten Produkten. Im Auftrag des WWF hatte die University of Newcastle (Australien) entsprechende Berechnungen nach Auswertung von mehr als 50 Studien unterschiedlicher Herkunft durchgeführt und im Juni 2019 veröffentlicht.

Die Plastikkrise ist ein globales Problem, das neben Umwelt und Natur uns Menschen direkt betrifft. Inwieweit die Aufnahme von Mikroplastik schädlich für die Gesundheit ist, ist derzeit noch nicht erforscht. Ob und welche Wirkung Kleinstpartikel aus Plastik, sogenanntes Nanoplastik, entfalten, wenn wir diese aufnehmen, ist bislang nicht bekannt. Klar ist jedoch, dass Mikroplastikpartikel Chemikalien enthalten.

Eine Untersuchung des Fraunhofer- Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik in Oberhausen (UMSICHT) vom Juni 2018 hat den Abrieb von Autoreifen als den größten Verursacher von freigesetztem primärem Mikroplastik identifiziert. Allein der Abrieb von Lkw-, Pkw-, Motorradund Fahrradreifen macht demnach mehr als 42 Prozent der gesamten Mikroplastik-Emissionen in Deutschland aus. Den Abrieb von Schuhsohlen, Fahrbahnmarkierungen und Asphalt hinzugerechnet, ergeben sich rund 57 Prozent, die überwiegend auf Verkehrsflächen entstehen.

Die Autoren der Studie gehen davon aus, dass sie mit den von ihnen ausgewerteten 51 Emissionsquellen nur drei Viertel der freigesetzten Menge erfasst haben. Hochgerechnet bedeutet das, dass bisher in Deutschland pro Einwohner jedes Jahr vier Kilogramm Mikroplastik dazukommen. Das entspricht insgesamt 330.000 t/a, Tendenz steigend. Das war Anlass für das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur (BMVI), das Verbundprojekt TyreWear- Mapping zu fördern, bei dem sogenannte Hotspot-Karten als Grundlage für künftige Maßnahmen entwickelt werden. Dr.-Ing. Ilka Gehrke, Abteilungsleiterin Photonik und Umwelt bei Fraunhofer UMSICHT in Oberhausen, möchte mit ihren Forschungspartnern ein digitales Planungs- und Entscheidungsinstrument entwickeln, das Aussagen zu Verteilung, Ausbreitung und Quantifizierung von Reifenabrieb ermöglicht. Dadurch könnten auf einer sachlichen Grundlage regulatorische Maßnahmen wie Tempolimit oder bauliche Maßnahmen, z.B. Filteranlagen an Straßenabläufen, gezielt und schnell ergriffen werden.

 © Foto: Mall


M.Eng. Thorsten Schmitz und Kollegen haben im Rahmen des vom Land Nordrhein- Westfalen geförderten Forschungsprojekts ReWaFil am Institut für Infrastruktur, Wasser, Ressourcen, Umwelt (IWARU) der FH Münster die Sedimentierbarkeit von Straßenkehricht untersucht. Das ist von besonderem Interesse, da in Siedlungsgebieten das Mikroplastik aus dem Straßenverkehr überwiegend mit Regenabflüssen abgespült wird. Bei kombiniertem Reifen- und Straßenabrieb (engl.: tyre and road wear particle,TRWP) gilt eine Dichte von 2 g/cm³ als wahrscheinlich. Um diesen Abrieb zu eliminieren, ist die Sedimentation gut geeignet. In ihren weiteren Überlegungen gehen die Verfasser der IWARU- Studie allerdings von reinem Reifenabrieb (engl.: tyre wear particle, TWP) aus.

Mikroplastik-Emissionen, nach einer Studie des Fraunhofer UMSICHT: Mittlerweile sind die feinen Partikel weltweit im Meer, im Schnee der Antarktis, in der sonstigen Natur und in unserer Nahrungskette nachweisbar. © Foto: Mall
Mikroplastik-Emissionen, nach einer Studie des Fraunhofer UMSICHT: Mittlerweile sind die feinen Partikel weltweit im Meer, im Schnee der Antarktis, in der sonstigen Natur und in unserer Nahrungskette nachweisbar.


Wissenschaftlich belegt ist, dass bei Mischkanalisation 95 Prozent der Partikel oder mehr in der Kläranlage zurückgehalten werden. Bei Trennkanalisation ist nach Meinung der Autoren die vorgeschriebene Behandlung durch Sedimentation in Regenklärbecken allerdings unzureichend. Das liege vor allem an der geringen Dichte, die Standardreifengummi mit 1,1 g/cm³ besitzt, falls er ohne Verbindung zu mineralischen Partikeln vorkommt. Entgegen den Empfehlungen in den aktuellen Regeln der Technik müsse die Oberflächenbeschickung auf 2 m/h reduziert werden, was immens große unterirdische Anlagen erfordern würde. Damit könnte aber gerade einmal die Fraktion der Partikel größer 80 μm (0,08 mm), das entspricht nur etwa 10 Prozent des mitgeführten Reifenabriebs, eliminiert werden. Der Aufwand stünde in keinem vertretbaren Verhältnis zum Nutzen.

Für den Anteil kleiner 80 μm, also 90 Prozent der Menge an reinem Reifenabrieb, sei ein Rückhalt durch Sedimentation in Regenklärbecken nicht zu erwarten. Und für eine wirkungsvolle Flotation, das Aufschwimmen innerhalb der unterirdischen Becken, müssten die TWP-Abriebteilchen statt 1,1 g/cm³ weniger als 1 g/cm³, als eine geringere Dichte als Wasser haben. Hinzu kommt, dass die TWP im Durchschnitt nur eine Größe von rund 20 μm haben. Und die Größe der kleinsten unter ihnen  nähern sich der Dimension von Molekülen.

Bei ihrer Entstehung spielt u. a. die Fahrzeuggeschwindigkeit eine Rolle. Schon im Jahr 1974 wurde in den USA festgestellt: je höher das gefahrene Tempo, desto kleiner die Partikel. Für die Fraktion 0-20 μm haben die Forscher am IWARU allerdings durch Filter Erfolge erzielt: So gelang es, mit einer durchströmten Granulat-Schüttung von 15 cm immerhin 42 Prozent des sehr feinen Mikroplastik-Materials zurückzuhalten. Ihre Empfehlung für Filter verbinden die Autoren mit einer Warnung: Je höher der Rückhalt von Reifenabrieb in einem Filter, desto mehr Betriebsaufwand für Wartung sei erforderlich. Und sie empfehlen nebenbei noch eine intensivere Straßenreinigung, um vorsorglich den Eintrag in die Straßenabflüsse zu minimieren.

Vom Straßenrand bis ins Meer ist es für die winzigen Plastikpartikel kein weiter Weg – und über die Nahrungskette zu uns zurück ebenfalls nicht. © Foto: Klaus W. König
Vom Straßenrand bis ins Meer ist es für die winzigen Plastikpartikel kein weiter Weg – und über die Nahrungskette zu uns zurück ebenfalls nicht.


Ungeachtet der erhofften Weiterentwicklung von Kunststoffen hin zu naturverträglichem Material werden in den kommenden Jahrzehnten große Anstrengungen notwendig sein, um die Hauptemissionspfade von Mikroplastik besser wahrzunehmen und die Schadstoffe möglichst nahe an ihrer Entstehung zu fassen. Das Ziel muss sein, die weitere Verbreitung in Richtung Luft, Boden und aquatische Ökosysteme zu reduzieren. Vorsorgliche Straßenreinigung in verkehrsarmen Zeiten an den Hotspot-Stellen würde einen Teil der Partikel entfernen, bevor sie verwirbelt und abgeschwemmt werden. Aus Gründen der Verkehrssicherheit geschieht das auf den Start- und Landebahnen der großen Flughäfen jede Nacht. Regulatorisch vorsorgend wären unter anderem Geschwindigkeitsbeschränkungen für Fahrzeuge, um weniger der ganz kleinen, schwer zu fassenden, Partikel entstehen zu lassen.

Zur Reinigung von Straßenabflüssen wird zu prüfen sein, ob bestehende und neu zu bauende Sedimentationsanlagen um geeignete Filter ergänzt werden sollten, bevor deren Abläufe in Oberflächengewässer münden. Das gilt entsprechend für Versickerungsanlagen, zum Schutz des Bodens und des Grundwassers. Und selbst wenn Kläranlagen, wie oben beschrieben, 95 Prozent des Reifenabriebs im Klärschlamm zurückhalten, ist ihr gesamter Wirkungsgrad zum Schutz nachfolgender Gewässer nicht optimal. Außerdem, sofern der Klärschlamm auf Böden, insbesondere der Landwirtschaft, ausgebracht wird, gelangt das Mikroplastik auf ganz kurzem Weg in unsere Nahrungskette. Dann ist vielleicht die eingangs erwähnte WWF-Studie in Deutschland schon überholt und wir konsumieren wöchentlich bald die Plastikmenge von zwei Kreditkarten? Bleibt zu überlegen, ob zusätzlich zur Straßenentwässerung im Trennsystem die Abflüsse Richtung Mischkanal (im Zulauf solcher Kläranlagen, die noch Klärschlamm an Landwirte abgeben dürfen) mit geeigneten Filtern ausgestattet werden müssen.

Der Substratfilter ‚ViaPlus 800‘ ist aus Betonfertigteilen und hat Funktionselemente, die dafür sorgen, dass das zu reinigende Wasser horizontal durchfließen kann und dass dabei eine Sedimentation, Filtration und Adsorption erreicht wird. © Foto: Mall
Der Substratfilter ‚ViaPlus 800‘ ist aus Betonfertigteilen und hat Funktionselemente, die dafür sorgen, dass das zu reinigende Wasser horizontal durchfließen kann und dass dabei eine Sedimentation, Filtration und Adsorption erreicht wird.


„Schwimmende Partikel mit geringerem Durchmesser als 100 μm oder mit einer Dichte nahe an 1 g/cm³ kann man nicht mehr mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand durch mechanische Verfahren aus dem Regenwasser entfernen“, sagt Stephan Klemens, Entwicklungsleiter beim Hersteller Mall GmbH. „Hier ist die Filtration das wirtschaftlichere und sicherere Mittel.“ Er empfiehlt das Verfahren ,ViaPlus‘ für die Behandlung vor Versickerung und vor Ableitung in Oberflächengewässer. ,ViaPlus‘-Anlagen werden horizontal durchflossen und haben einen eigenen Sedimentationsraum vor dem Filter- und Adsorptionselement. Sie sind speziell auf den Rückhalt von Schwermetallen, abfiltrierbaren Stoffen und Mineralölkohlenwasserstoffen ausgelegt, sind vom Deutschen Institut für Bautechnik auf Leistung und Umweltverträglichkeit geprüft und haben eine allgemeine bauaufsichtliche Zulassung für die direkte Versickerung von Regenwasserablauf aus stark verschmutzten Verkehrsflächen.

Verwaltungsvorschriften der Bundesländer für Reinigungsleistung und Wartungsintervall in Bezug auf Reifenabrieb gibt es noch nicht. Je nach spezifischer Flächenbelastung muss das richtige Intervall im Einzelfall gefunden werden. Mall bietet neben den Behandlungsanlagen auch Inspektion und Wartung als Dienstleistung an. Die Bereiche, in denen besonders viel Reifenabrieb entsteht, sind leicht zu identifizieren:

  • Kreisverkehre, Ampelbereiche und Beschleunigungsstreifen: Wo gebremst, angefahren und beschleunigt wird oder wo enge Radien gefahren werden, ist der Abrieb von Reifen besonders intensiv. Bei der hier zu erwartenden hohen Mikroplastik-Belastung im Abwasser empfiehlt sich eine Kombination aus den Verfahren Sedimentation, Flotation und Filtration mit den Mall-Komponenten ‚ViaTub‘ und ‚ViaPlus‘.
  • Parkplätze von Einkaufszentren, Speditionen, Industrieareale: Wo nicht schnell gefahren, aber rangiert wird, entstehen weniger ganz feine Partikel. Doch fallen auf diesen Flächen in verstärktem Maß Kupfer und Zink durch abtropfendes Wasser von Karosserien an. Die aktuellen technischen Regeln empfehlen in solchen Situationen eine Filtrationsstufe mit speziell dafür geeignetem Adsorptionsmaterial, z.B. die Mall-Anlage ‚ViaPlus‘.

Ein Beitrag von Klaus W. König, Überlingen
www.mall.info

Fachartikel aus dem ENTSORGA-Magazin Nr. 3/2020

Weitere interessante Fachartikel aus ENTSORGA-Magazin und wwt wasserwirtschaft wassertechnik finden Sie hier.


stats