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Umweltschädigende Substanzen im Abwasser Der Detektiv im Wasserrohr: Auf der Spur verbotener Einleitungen

| Autor / Redakteur: Hans-Jürgen Bittermann / Dominik Stephan

So weisen Sie umweltschädigende Substanzen im Abwasser nach – Aus dem Auge, aus dem Sinn. Umweltsünder leiten verbotene oder schädliche Abwässer einfach in die Kanalisation ein. Damit könnte jetzt Schluss sein: Ein neues Sensorsystem soll Sicherheitsbehörden gegen Umweltsünder unterstützen. Im Abwasserkanal positioniert, fahndet es nach gefährlichen Inhaltsstoffen.

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Kommt im Wasserrohr Umweltsündern auf die Spur: Sensorring für den Einsatz in Abwasseranlagen
Kommt im Wasserrohr Umweltsündern auf die Spur: Sensorring für den Einsatz in Abwasseranlagen
(Bild: Fraunhofer IIS/Volker Mai)

Während die meisten Unternehmen ihre Abwässer ordnungsgemäß entsorgen, scheuen einige schwarze Schafe die damit verbundenen Kosten und leiten schädliche Abwässer heimlich in die Kanäle ein. Bislang fehlen den Behörden größtenteils die Möglichkeiten, einer solchen Umweltkriminalität großflächig auf die Schliche zu kommen. Die Betreiber von Kläranlagen stellen solche Abwässer jedoch vor große Herausforderungen – sie können sogar dazu führen, dass die Kläranlagen kippen.

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Ein neues Sensorsystem könnte es erleichtern, solche Delikte aufzudecken. Entwickelt haben die Technologie, gemeinsam mit Partnern, die Fraunhofer Institute für Integrierte Schaltungen IIS und für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM im EU-Projekt Micromole.

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Das Sensorsystem soll bestimmte Substanzen nachweisen, die in solchen Abwässern typischerweise enthalten sind“, erläutert Dr. Matthias Völker vom Fraunhofer IIS. „Es besteht aus zwei Komponenten: physikalischen Sensoren und einem chemischen Sensor. Weitere Systeme sind: Energiemanagement, Steuerung und Kommunikation und ein Probenentnahmesystem.“ So könnten die Behörden das Abwassersystem an bestimmten Stellen überprüfen, den Übeltäter durch mehrere Messungen eingrenzen und schließlich enttarnen.

Schlüssel-Schloss-Prinzip für unerlaubte Abwässer

Für solche Messungen setzt ein Roboter im Abwasserrohr drei Ringe ein: Der erste Ring wird direkt vor dem Zulauf der verdächtigen Firma positioniert, der zweite dahinter. An beiden befindet sich jeweils ein physikalischer Sensor, der Parameter wie Temperatur, pH-Wert oder Leitfähigkeit des Wassers misst.

Über eine Funkverbindung stehen die Ringe mitei­nander in Kontakt und vergleichen die gemessenen Werte. Unterscheiden sie sich, könnte dies darauf zurückzuführen sein, dass schädliche Abwässer eingeleitet werden. Auf das entsprechende Signal des zweiten Rings „erwachen“ nun ein chemischer Sensor und ein Probenentnahmesystem am dritten Ring, der etwas weiter entfernt im Abwasserkanal befestigt ist.

Dafür entnimmt eine Mikropumpe einige Mikroliter des Abwassers, verdünnt diese und leitet sie auf den chemischen Sensor. Auf diesem befinden sich sechs Elek­troden, die jeweils mit einer speziellen Beschichtung aus Polymeren überzogen sind. Das Besondere: In diesen Polymerschichten befinden sich Lücken, in die bestimmte Schadstoffe wie Puzzleteilchen hineinpassen. Binden sie auf diese Weise an die Polymerschicht, ändert sich ihre elektrische Kapazität. Solche Kapazitätsänderungen auf den Elektroden legen also nahe, dass sich bestimmte Schadstoffe im Abwasser befinden.

Chemische Sensoren auf der Spur der Verschmutzer

Vor Gericht gilt dies jedoch nicht als Beweis. Daher entnimmt das System zudem eine kleine Probe des Abwassers, das dann von Labormitarbeitern genau überprüft werden kann. Damit der chemische Sensor für mehrere Messungen eingesetzt werden kann, spült eine Waschlösung die angebundenen Moleküle nach jeder Messung wieder heraus.

Die ersten Ergebnisse sind vielversprechend: „Das System konnte verdächtige Abwässer aufspüren und Alarm auslösen“, fasst Harald Pötter vom Fraunhofer IZM zusammen. In einem Nachfolge-­Projekt will das IZM nun mit Partnern in fünf europäischen Städten einen großangelegten Testlauf der physikalischen Sensoren des Systems durchführen.

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