Das Klärwerk Köhlbrandhöft bildet die erste Stufe.
Letztlich wird das Abwasser zum mehrstufigen Reinigungsprozess des Klärwerksverbunds Köhlbrandhöft in Steinwerder und Dradenau in Waltershof abgeleitet. Der Abwasserzufluss liegt bei Trockenwetter bei 4.000 bis 5.000 Liter pro Sekunde. Bei Regen kann der Zufluss auf bis zu 19.000 Liter pro Sekunde steigen. Das Klärwerk Köhlbrandhöft bildet die erste Stufe. Es reinigt das zugeführte Abwasser zunächst hauptsächlich mechanisch, indem eine Rechenanlage die Grobstoffe entfernt und der Sandfang den Sand aussiebt. Die verbliebenen Feststoffe werden durch Absetzen und Aufschwimmen vom Abwasser getrennt. Darüber hinaus wird das Abwasser teilweise biologisch und chemisch vorbehandelt, so dass die erste Stufe bereits ein Drittel der Schmutzstoffe aus dem Abwasser entfernt.
Die zweite Stufe bildet das Klärwerk Dradenau. Dort wird das Abwasser in den so genannten Belebungsbecken mit Mikroorganismen angereichert, die auf natürliche Art und Weise die im Abwasser enthaltenen Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen abbauen. Für diesen Stoffwechselprozess wird Sauerstoff durch Oberflächenbelüfter ins Abwasser getragen. Der abschließende Reinigungsschritt findet im Nachklärbecken statt, indem sich der beim Nährstoffabbau durch die Mikroorganismen gebildete Belebtschlamm absetzt und vom Abwasser abgetrennt wird. Das Abwasser wird anschließend in die Elbe geleitet, die gesetzlichen Grenzwerte werden hierbei unterschritten. Der Schlamm – jährlich über 40.000 Tonnen – wird in den zehn jeweils acht Millionen Liter fassenden Faultürmen unter Luftausschluss mit Bakterien versehen und zersetzt sich in Gas und Wasser.
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