Ohne Abfallbehandlung würde die gegenwärtige Konzentration von Menschen und Industrie in vielen Teilen der Welt sehr schnell Teile der Umwelt mit dem Leben unvereinbar machen. Obwohl die Verringerung der Abfallmenge wichtig ist, ist die ordnungsgemäße Behandlung von Abfällen unerlässlich. Zwei grundlegende Arten von Abfällen gelangen in eine Behandlungsanlage, menschliche/tierische Abfälle und Industrieabfälle. Der Mensch scheidet etwa 250 Gramm feste Abfälle pro Kopf und Tag aus, darunter 2000 Millionen coliforme und 450 Millionen Streptokokken-Bakterien pro Person und Tag (Mara 1974). Die Produktionsraten industrieller fester Abfälle reichen von 0.12 Tonnen pro Mitarbeiter und Jahr in professionellen und wissenschaftlichen Einrichtungen bis zu 162.0 Tonnen pro Mitarbeiter und Jahr in Sägewerken und Hobelwerken (Salvato 1992). Obwohl einige Abfallbehandlungsanlagen ausschließlich der Behandlung der einen oder anderen Materialart gewidmet sind, verarbeiten die meisten Anlagen sowohl tierische als auch industrielle Abfälle.

Gefahren und ihre Vermeidung

Ziel von Kläranlagen ist es, im Rahmen des technisch machbaren und wirtschaftlich vertretbaren Rahmens möglichst viele feste, flüssige und gasförmige Schadstoffe zu entfernen. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Verfahren, die verwendet werden, um Verunreinigungen aus Abwasser zu entfernen, einschließlich Sedimentation, Koagulation, Flockung, Belüftung, Desinfektion, Filtration und Schlammbehandlung. (Siehe auch den Artikel „Abwasserbehandlung“ in diesem Kapitel.) Die mit jedem Prozess verbundene spezifische Gefahr variiert je nach Auslegung der Kläranlage und den in den verschiedenen Prozessen verwendeten Chemikalien, aber die Gefahrenarten können als physikalische, mikrobiell und chemisch. Der Schlüssel zur Vermeidung und/oder Minimierung der mit der Arbeit in Kläranlagen verbundenen nachteiligen Auswirkungen besteht darin, die Gefahren vorherzusehen, zu erkennen, zu bewerten und zu beherrschen.

Abbildung 1. Mannloch mit entfernter Abdeckung.

Mary O. Brophy

Physikalische Gefahren

Zu den physischen Gefahren zählen enge Räume, unbeabsichtigtes Einschalten von Maschinen oder Maschinenteilen sowie Stolpern und Stürze. Das Ergebnis einer Begegnung mit einer physischen Gefahr kann oft unmittelbar, irreversibel und schwerwiegend sein, sogar tödlich. Physikalische Gefahren variieren je nach Auslegung der Anlage. Die meisten Kläranlagen haben jedoch enge Räume, die unterirdische oder unterirdische Gewölbe mit begrenztem Zugang, Schächte (Abbildung 1) und die Absetzbecken umfassen, wenn sie beispielsweise während Reparaturen von flüssigem Inhalt geleert wurden (Abbildung 2). Mischgeräte, Schlammrechen, Pumpen und mechanische Geräte, die für eine Vielzahl von Vorgängen in Kläranlagen verwendet werden, können verstümmeln und sogar töten, wenn sie versehentlich aktiviert werden, wenn ein Arbeiter sie wartet. Nasse Oberflächen, die häufig in Kläranlagen anzutreffen sind, tragen zur Rutsch- und Sturzgefahr bei.

Abbildung 2. Leerer Tank in einer Kläranlage.

Mary O. Brophy

Das Betreten geschlossener Räume ist eine der häufigsten und eine der schwerwiegendsten Gefahren, denen Arbeiter in der Kläranlage ausgesetzt sind. Eine universelle Definition eines beengten Raums ist schwer fassbar. Im Allgemeinen ist ein geschlossener Raum jedoch ein Bereich mit begrenzten Ein- und Ausstiegsmöglichkeiten, der nicht für den ständigen Aufenthalt von Menschen ausgelegt ist und der nicht über eine ausreichende Belüftung verfügt. Gefahren treten auf, wenn der geschlossene Raum mit Sauerstoffmangel, dem Vorhandensein einer giftigen Chemikalie oder einem verschlingenden Material wie Wasser verbunden ist. Ein verringerter Sauerstoffgehalt kann das Ergebnis einer Vielzahl von Bedingungen sein, darunter der Ersatz von Sauerstoff durch ein anderes Gas wie Methan oder Schwefelwasserstoff, der Verbrauch von Sauerstoff durch die Zersetzung von im Abwasser enthaltenem organischem Material oder das Einfangen von Sauerstoffmolekülen darin der Rostprozess einer Struktur innerhalb des begrenzten Raums. Da niedrige Sauerstoffwerte in geschlossenen Räumen nicht durch unbeaufsichtigte menschliche Beobachtung erkannt werden können, ist es äußerst wichtig, ein Instrument zu verwenden, das den Sauerstoffgehalt vor dem Betreten eines geschlossenen Raums bestimmen kann.

Die Erdatmosphäre besteht auf Meereshöhe zu 21 % aus Sauerstoff. Wenn der Sauerstoffanteil in der Atemluft unter etwa 16.5 % fällt, wird die Atmung einer Person schneller und flacher, die Herzfrequenz erhöht sich und die Person beginnt, die Koordination zu verlieren. Unter etwa 11 % leidet die Person unter Übelkeit, Erbrechen, Bewegungsunfähigkeit und Bewusstlosigkeit. Emotionale Instabilität und beeinträchtigtes Urteilsvermögen können bei Sauerstoffwerten irgendwo zwischen diesen beiden Punkten auftreten. Wenn Personen in eine Atmosphäre mit Sauerstoffwerten unter 16.5 % eintreten, können sie sofort zu desorientiert werden, um sich selbst herauszuholen, und schließlich der Bewusstlosigkeit erliegen. Wenn der Sauerstoffmangel groß genug ist, können Personen nach einem Atemzug bewusstlos werden. Ohne Rettung können sie innerhalb von Minuten sterben. Selbst bei Rettung und Wiederbelebung können bleibende Schäden entstehen (Wilkenfeld et al. 1992).

Sauerstoffmangel ist nicht die einzige Gefahr auf engstem Raum. Giftige Gase können in einem geschlossenen Raum in einer Konzentration vorhanden sein, die hoch genug ist, um trotz ausreichender Sauerstoffwerte ernsthafte Schäden anzurichten oder sogar zu töten. Die Wirkungen giftiger Chemikalien, die in geschlossenen Räumen angetroffen werden, werden weiter unten erörtert. Eine der effektivsten Möglichkeiten, die Gefahren im Zusammenhang mit niedrigen Sauerstoffwerten (unter 19.5 %) und mit giftigen Chemikalien kontaminierten Atmosphären zu kontrollieren, besteht darin, den geschlossenen Raum gründlich und angemessen mit mechanischer Belüftung zu belüften, bevor jemand ihn betritt. Dies geschieht normalerweise mit einem flexiblen Kanal, durch den Außenluft in den engen Raum geblasen wird (siehe Abbildung 3). Es ist darauf zu achten, dass nicht auch Abgase eines Generators oder des Lüftermotors in den engen Raum geblasen werden (Brophy 1991).

Abbildung 3. Luftbewegungseinheit zum Betreten eines engen Raums.

Mary O. Brophy

Kläranlagen verfügen oft über große Maschinen, um Schlamm oder Rohabwasser von einem Ort in der Anlage zu einem anderen zu befördern. Bei Reparaturen an dieser Art von Geräten sollte die gesamte Maschine stromlos gemacht werden. Darüber hinaus sollte der Schalter zum Wiedereinschalten des Geräts unter der Kontrolle der Person stehen, die die Reparatur durchführt. Dadurch wird verhindert, dass ein anderer Arbeiter in der Anlage die Ausrüstung versehentlich einschaltet. Die Entwicklung und Implementierung von Verfahren zur Erreichung dieser Ziele wird als Lockout/Tagout-Programm bezeichnet. Die Verstümmelung von Körperteilen wie Fingern, Armen und Beinen, Verstümmelungen und sogar der Tod können die Folge unwirksamer oder unzureichender Lockout/Tagout-Programme sein.

Kläranlagen enthalten oft große Tanks und Lagerbehälter. Manchmal müssen Menschen auf den Behältern arbeiten oder an Gruben vorbeigehen, die von Wasser geleert wurden und eine Fallhöhe von 8 bis 10 m (2.5 bis 3 Fuß) aufweisen können (siehe Abbildung 4). Ausreichender Schutz gegen Absturz sowie eine angemessene Sicherheitsschulung sollten für die Arbeiter bereitgestellt werden.

Mikrobielle Gefahren

Mikrobielle Gefahren sind in erster Linie mit der Behandlung menschlicher und tierischer Abfälle verbunden. Obwohl häufig Bakterien zugesetzt werden, um die im Abwasser enthaltenen Feststoffe zu verändern, entsteht die Gefahr für Kläranlagenarbeiter hauptsächlich durch den Kontakt mit Mikroorganismen, die in menschlichen und anderen tierischen Ausscheidungen enthalten sind. Wenn während des Abwasserbehandlungsprozesses eine Belüftung verwendet wird, können diese Mikroorganismen in die Luft gelangen. Die Langzeitwirkung auf das Immunsystem von Personen, die diesen Mikroorganismen über längere Zeiträume ausgesetzt waren, wurde nicht abschließend bewertet. Außerdem sind Arbeiter, die festen Abfall aus dem Zuflussstrom entfernen, bevor eine Behandlung begonnen wird, oft Mikroorganismen ausgesetzt, die in Material enthalten sind, das auf ihre Haut spritzt und mit den Schleimhäuten in Kontakt kommt. Die Auswirkungen der Begegnung mit Mikroorganismen, die in Kläranlagen über längere Zeiträume gefunden werden, sind oft subtiler als die Folgen einer akuten intensiven Exposition. Allerdings können diese Auswirkungen auch irreversibel und schwerwiegend sein.

Die drei Hauptkategorien von Mikroben, die für diese Diskussion relevant sind, sind Pilze, Bakterien und Viren. Alle drei können sowohl akute als auch chronische Erkrankungen verursachen. Akute Symptome wie Atemnot, Bauchschmerzen und Durchfall wurden bei Arbeitern in der Abfallbehandlung berichtet (Crook, Bardos und Lacey 1988; Lundholm und Rylander 1980). Chronische Krankheiten, wie Asthma und allergische Alveolitis, wurden traditionell mit einer Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von Mikroben in der Luft und neuerdings auch mit einer mikrobiellen Exposition während der Behandlung von Haushaltsabfällen in Verbindung gebracht (Rosas et al. 1996; Johanning, Olmstead und Yang 1995). Berichte über signifikant erhöhte Konzentrationen von Pilzen und Bakterien in Abfallbehandlungs-, Schlammentwässerungs- und Kompostieranlagen werden allmählich veröffentlicht (Rosas et al. 1996; Bisesi und Kudlinski 1996; Johanning Olmstead und Yang 1995). Eine weitere Quelle für luftgetragene Keime sind die Belebungsbecken, die in vielen Kläranlagen zum Einsatz kommen.

Neben der Inhalation können Keime auch durch Verschlucken und durch Kontakt mit nicht intakter Haut übertragen werden. Persönliche Hygiene, einschließlich Händewaschen vor dem Essen, Rauchen und auf die Toilette gehen, ist wichtig. Lebensmittel, Getränke, Essgeschirr, Zigaretten und alles, was in den Mund genommen wird, sollte von Bereichen mit möglicher mikrobieller Kontamination ferngehalten werden.

Chemische Gefahren

Begegnungen mit Chemikalien in Abfallbehandlungsanlagen können sowohl unmittelbar und tödlich als auch langwierig sein. Bei der Koagulation, Flockung, Desinfektion und Schlammbehandlung wird eine Vielzahl von Chemikalien verwendet. Die Chemikalie der Wahl wird durch den Schadstoff oder die Schadstoffe im Rohabwasser bestimmt; Einige Industrieabfälle erfordern eine etwas exotische chemische Behandlung. Im Allgemeinen sind jedoch die Hauptgefahren durch Chemikalien, die in den Koagulations- und Flockungsprozessen verwendet werden, Hautreizungen und Augenverletzungen durch direkten Kontakt. Dies gilt insbesondere für Lösungen mit einem pH-Wert (Säure) von weniger als 3 oder mehr als 9. Die Desinfektion von Abwässern wird häufig durch die Verwendung von entweder flüssigem oder gasförmigem Chlor erreicht. Die Verwendung von flüssigem Chlor kann Augenverletzungen verursachen, wenn es in die Augen spritzt. Ozon und ultraviolettes Licht werden auch verwendet, um eine Desinfektion des Abwassers zu erreichen.

Eine Möglichkeit, die Wirksamkeit der Abwasserbehandlung zu überwachen, besteht darin, die Menge an organischem Material zu messen, das nach Abschluss der Behandlung im Abwasser verbleibt. Dies kann durch Bestimmung der Sauerstoffmenge erfolgen, die erforderlich wäre, um das in 1 Liter Flüssigkeit enthaltene organische Material über einen Zeitraum von 5 Tagen biologisch abzubauen. Dies wird als 5-tägiger biologischer Sauerstoffbedarf (BSB) bezeichnet₅).

Chemische Gefahren in Kläranlagen entstehen durch die Zersetzung von organischem Material, das zur Bildung von Schwefelwasserstoff und Methan führt, durch Giftmüll, der in die Kanalisation gelangt, und durch Schadstoffe, die durch von den Arbeitern selbst durchgeführte Arbeiten entstehen.

Schwefelwasserstoff wird fast immer in Abfallbehandlungsanlagen gefunden. Schwefelwasserstoff, auch als Klärgas bekannt, hat einen charakteristischen, unangenehmen Geruch, der oft als faule Eier bezeichnet wird. Die menschliche Nase gewöhnt sich jedoch schnell an den Geruch. Menschen, die Schwefelwasserstoff ausgesetzt sind, verlieren oft ihre Fähigkeit, seinen Geruch wahrzunehmen (dh olfaktorische Erschöpfung). Darüber hinaus ist das Geruchssystem, selbst wenn es in der Lage ist, Schwefelwasserstoff zu erkennen, nicht in der Lage, seine Konzentration in der Atmosphäre genau zu beurteilen. Schwefelwasserstoff greift biochemisch in den Elektronentransportmechanismus ein und blockiert die Verwertung von Sauerstoff auf molekularer Ebene. Das Ergebnis ist Erstickung und schließlich Tod aufgrund des Sauerstoffmangels in den Hirnstammzellen, die die Atemfrequenz steuern. Hohe Schwefelwasserstoffkonzentrationen (mehr als 100 ppm) können in den engen Räumen von Kläranlagen auftreten und treten häufig auf. Die Exposition gegenüber sehr hohen Konzentrationen von Schwefelwasserstoff kann zu einer fast augenblicklichen Unterdrückung des Atmungszentrums im Hirnstamm führen. Das US National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) hat 100 ppm Schwefelwasserstoff als unmittelbar lebens- und gesundheitsgefährdend (IDLH) eingestuft. In einigen Bereichen von Kläranlagen sind fast immer geringere Schwefelwasserstoffgehalte (weniger als 10 ppm) vorhanden. Bei diesen niedrigen Konzentrationen kann Schwefelwasserstoff die Atemwege reizen, mit Kopfschmerzen einhergehen und zu Konjunktivitis führen (Smith 1986). Schwefelwasserstoff entsteht immer dann, wenn organische Stoffe zerfallen und industriell bei der Papierherstellung (Kraft-Verfahren), der Ledergerbung (Enthaarung mit Natriumsulfid) und der Produktion von Schwerwasser für Kernreaktoren.

Methan ist ein weiteres Gas, das durch die Zersetzung organischer Stoffe entsteht. Neben der Verdrängung von Sauerstoff ist Methan explosiv. Es können Werte erreicht werden, die zu einer Explosion führen, wenn ein Funke oder eine Zündquelle eingeführt wird.

Betriebe, die mit Industrieabfällen umgehen, sollten über gründliche Kenntnisse der Chemikalien verfügen, die in jedem der Industriebetriebe verwendet werden, die ihre Dienstleistungen in Anspruch nehmen, und über eine Arbeitsbeziehung mit dem Management dieser Betriebe verfügen, damit sie unverzüglich über Änderungen in Prozessen und Abfallinhaltsstoffen informiert werden. Das Ablassen von Lösungsmitteln, Brennstoffen und anderen Substanzen in Abwassersysteme stellt eine Gefahr für die Arbeiter der Kläranlage dar, nicht nur wegen der Toxizität des abgeladenen Materials, sondern auch, weil das Ablassen unvorhergesehen ist.

Immer wenn ein industrieller Vorgang, wie Schweißen oder Spritzlackieren, in einem geschlossenen Raum durchgeführt wird, muss besonders darauf geachtet werden, für ausreichende Belüftung zu sorgen, um eine Explosionsgefahr zu vermeiden und durch den Vorgang entstehendes giftiges Material zu entfernen. Wenn bei einem in einem geschlossenen Raum durchgeführten Arbeitsgang eine toxische Atmosphäre entsteht, ist es oft erforderlich, den Arbeiter mit einem Atemschutzgerät auszustatten, da die Belüftung des geschlossenen Raums möglicherweise nicht sicherstellt, dass die Konzentration der toxischen Chemikalie unter der zulässigen Expositionsgrenze gehalten werden kann. Die Auswahl und Anpassung eines geeigneten Atemschutzgerätes fällt in den Bereich der industriellen Hygienepraxis.

Eine weitere ernsthafte chemische Gefahr in Kläranlagen ist die Verwendung von gasförmigem Chlor zur Dekontaminierung des Abwassers aus der Anlage. Das gasförmige Chlor wird in verschiedenen Behältern mit einem Gewicht von 70 kg bis etwa 1 Tonne geliefert. Einige der sehr großen Kläranlagen verwenden Chlor, das in Eisenbahnwaggons angeliefert wird. Gasförmiges Chlor reizt den alveolären Teil der Lunge extrem, selbst in Konzentrationen von nur wenigen ppm. Das Einatmen höherer Chlorkonzentrationen kann eine Entzündung der Lungenbläschen verursachen und das Atemnotsyndrom bei Erwachsenen hervorrufen, das eine Sterblichkeitsrate von 50 % aufweist. Wenn eine Kläranlage große Mengen Chlor (1 Tonne und mehr) verwendet, besteht die Gefahr nicht nur für die Anlagenarbeiter, sondern auch für die umliegende Gemeinde. Leider befinden sich die Anlagen, die die größten Mengen an Chlor verbrauchen, oft in großen Ballungszentren mit hoher Bevölkerungsdichte. Andere Verfahren zur Dekontaminierung von Abwässern aus Kläranlagen sind verfügbar, einschließlich Ozonbehandlung, Verwendung von flüssiger Hypochloritlösung und UV-Bestrahlung.

Zurück