Wasserwiederverwendung – Eine alternative Quelle für die Europäische Wasserversorgung?

Wir leben in einer Welt in der die Frischwasservorkommen zunehmend ungleich verteilt sind. Vor allem im Süden Europas und der Welt sorgt der Klimawandel verstärkt für regionale Dürreperioden während anderswo Überflutungen drohen. Doch dieser Sommer hat gezeigt, dass es auch im Rest von Europa temporär zu Trockenperioden kommen kann. Durch die zunehmende Urbanisierung ist zudem mit einer erhöhten Wassernachfrage in Städten zu rechnen, die den Druck auf die Ressource vor allem im wachsenden urbanen Raum verschärfen wird. Wassermanager sind verstärkt gefordert, Strategien für betroffene Kommunen zu entwickeln, um der Verknappung und möglichen Versorgungsengpässen vorzubeugen. Eine Lösung in diesem Zusammenhang kann die Rückgewinnung von Wasser aus kommunalen Abwässern sein.

Philipp Kehrein, Doktorand von der TU Delft und Mitwirkender am EU-Forschungsprojekt ‚SuPER-W’, bietet mit seinem Gastbeitrag einen aufschlussreichen Einblick in die Herausforderungen bei der Nutzung von Abwasser zur Bewältigung von Ressourcenengpässen und zeigt auf, wo die „Wiedernutzung von gebrauchtem Wasser“ bereits erfolgreich praktiziert wird. Das Thema wird kommen, denn auch die EU-Kommission setzt auf das „Water-Reuse“.

Abwasser ist eine wertvolle Wasserressource

Abwasser besteht zu rund 99% aus Wasser und kann in Kläranlagen für eine erneute Nutzung aufbereitet werden, anstatt es in das nächstgelegene Oberflächengewässer einzuleiten. In den Niederlanden stellen geklärte kommunale Abwässer ungefähr 20% der landesweiten jährlichen Frischwasserentnahme durch Industrie, Landwirtschaft und Haushalten dar. Theoretisch könnte also rund ein Fünftel der Frischwasserentnahme des Landes reduziert werden, wenn Wiederverwendung gängige Praxis wäre.

Chemische Industrie in Terneuzen (Quelle Peter Nicolai)

Die erforderliche Wasserqualität hängt von der Nutzung des zurückgewonnenen Wassers ab. Man unterscheidet zwischen Trinkwasser, landwirtschaftlichem Nutzwasser und industriellem Prozesswasser als mögliche Nutzungsarten die alle eine andere Wasserqualität verlangen. In den meisten Fällen ist ein zusätzlicher Klärprozess in der Kläranlage notwendig, um Risiken für Mensch und Natur auszuschließen. In Europa existieren schon zahlreiche Wasserrückgewinnungsanlagen die Wasser aus kommunalen Kläranlagen nutzbar machen und weitere sind in Planung.

Zurückgewonnenes Trinkwasser muss natürlich frei von jeglichen biologischen und chemischen Verunreinigungen sein und höchsten Qualitätsstandards genügen. Technisch ist das durchaus zu realisieren, wie die nachfolgenden Beispiele zeigen. So werden in Singapur rund 30% der staatlichen Trinkwasserversorgung aus aufbereiteten Abwässern gespeist, um unabhängiger von Wasserimporten aus Malaysia zu sein. Die Qualität des zurückgewonnenen Wassers genügt höchsten Standards und kann unbedenklich getrunken werden. Ob Konsumenten Vertrauen in diese alternative Quelle haben ist allerding fraglich, was für gewöhnlich zu einer indirekten Nutzung führt. In der küstennahen Kläranalage in Wulpen (Belgien) wird Abwasser zu Trinkwasser aufbereitet und in die nahegelegenen Dünen gepumpt. Dadurch wird der Grundwasserspiegel erhöht, der zur Trinkwasserentnahme dient. Der Grundwasserspiegel kann so als hydraulische Barriere gegen das Seewasser wirken, um einer möglichen Versalzung des Grundwassers vorzubeugen was eine Bedrohung für viele Grundwasserspeicher in Küstenregionen darstellt.

NeWater Singapur- Umkehrosmose Membrantechnik (Quelle PUB)

NeWater Singapur- Umkehrosmose Membrantechnik (Quelle PUB)

Auch Prozesswasser verlangt oft eine hohe Qualität denn es sollte eine geringe Wasserhärte und möglichst wenige Mineralien und Salze enthalten, um Materialkorrosion im industriellen Prozess auszuschließen. In Terneuzen (Niederlande) verbraucht die ansässige chemische Industrie große Mengen Wasser, das zunächst, um lokale Frischwasservorkommen zu schonen, aus Meerwasserentsalzungsanlagen gewonnen wurde. Die zugrunde liegende Technologie ist die Umkehrosmose, bei der das Salzwasser mit Hilfe von hohem Druck durch Membranen gepresst wird. Da geklärtes Abwasser eine viel niedrigere Salz-Konzentration aufweist, kann es mit weniger Druck und höherer Durchflussrate die Membranen passieren, was zu enormen Energiekostenersparnissen führt.

Für die Bereitstellung von Bewässerungswasser für die Landwirtschaft reicht Wasser von minderer Qualität aus. Im besten Fall enthält das Wasser noch die im Abwasser vorhandenen Nährstoffe um gleichzeitig eine Düngefunktion zu erfüllen. In Mailand produziert die Kläranlagen „San Rocco“ große Mengen Nutzwasser für die im Süden der Stadt liegenden landwirtschaftlichen Flächen. Insgesamt wird eine Fläche von 25000 Hektar mit zurückgewonnenem Abwasser bewässert, das an zwei zentrale Punkte im landwirtschaftlichen Nutzgebiet gepumpt wird und von dort aus durch ein bereits vorhandenes weitverzweigtes Kanalnetz auf die Felder transportiert wird.

Nutzungsart ist ausschlaggebend für die technischen Prozesse und die Kosten

Welcher technologische Prozess zur Aufbereitung von bereits biologisch und chemisch geklärtem Abwasser angewendet wird, hängt von der Nutzungsart ab. Eine Schlüsseltechnologie um Industrie- oder Trinkwasserqualität zu erreichen, ist die Membranfiltration, die je nach Porengröße der Polymermembran verschiedene Verunreinigungen aus dem geklärten Abwasser herausfiltert (Tabelle 1). In der Regel werden verschiedene Filtrationsstufen hintereinandergeschaltet. Die erste Stufe Mikrofiltration entfermt gröbere Partikel. Die anschließende Umkehrosmose befreit das Wasser von chemischen Schadstoffen oder Arzneimittelrückständen. Bei direkter oder indirekter Trinkwassernutzung wird zudem in jedem Fall eine finale Desinfektionsstufe angewendet, die oft aus UV-Licht Bestrahlung oder Chlorung besteht. Bei der Produktion von Bewässerungswasser reicht eventuell allein eine Sand- oder Aktivkohlefiltration oder auch nur eine Desinfektionsstufe aus, obwohl an dieser Stelle gesagt werden muss, dass es bisher keine einheitlichen Qualitätsstandards für Bewässerungswasser in Europa gibt.
Ein wichtiger Nachteil von Membranfiltration ist der notwendige hohe Druck, der immer mit einem hohen Energieverbrauch und daher Kosten verbunden ist. In Regionen, in denen Frischwasser aus herkömmlichen Quellen preisgünstig ist, sollte es daher gesetzliche Regelungen geben um teureres zurückgewonnenes Wasser markfähig zu machen. Der Staat könnte gewissen Branchen, wie wasserintensiven Industrien oder der Landwirtschaft, entweder per Gesetz oder Besteuerung die Nutzung von alternativen Wasserquellen verordnen oder Subventionen für die Nutzung bereitstellen. Ein weiterer Kostenpunkt kann sein, dass der Ort der erneuten Nutzung meist nur mit Pumpen erreicht werden kann, weil Kläranlagen meistens am tiefsten Punkt der Stadt gebaut sind um die Gravitation und die Nähe zum einleitenden Oberflächengewässer zu nutzen. Daher ist eine räumliche Nähe von Kläranlage und Wassernutzung von Vorteil. Außerdem variiert die Nachfrage nach rückgewonnenem Wasser sowie dessen Aufkommen in der Kläranlage saisonal oder auch tageszeitlich, was eine Wasserzwischenspeicherung nötig machen kann, um mögliche Engpässe auszugleichen.

Schematische Darstellung zur Grundwasserversalzung an Küsten (Quelle Ophardt)

Schematische Darstellung zur Grundwasserversalzung an Küsten (Quelle Ophardt)

EU plant mit Abwasserrückgewinnung

Trotz dieser Herausforderungen ist die Förderung und Entwicklung von Lösungen zur Rückgewinnung von Abwässern ein wichtiger Punkt in der Wasserplanung der EU-Kommission. Erst im Mai 2018 veröffentlichte sie einen Vorschlag für eine Verordnung über Mindestanforderungen für die Wasserwiederverwendung mit einheitlichen Richtlinien und Bewertungskriterien. Auch das bereits 2016 abgeschlossene großangelegte Forschungsprojekt „Demoware“, bei dem Lösungen für die Wasserrückführung aus Abwasser erforscht werden, unterstreicht dieses Interesse. Daher ist in Zukunft davon auszugehen, dass vermehrt öffentliche Gelder in Pilotprojekte zur Wasserwiederverwendung fließen, um die konventionelle Wasserversorgung in einzelnen Städten oder Regionen zu entlasten. Denn wie die oben genannten Beispiele aus Belgien und den Niederlanden zeigen, besteht nicht nur im von Wasserknappheit stärker betroffenen Süden ein Bedarf für alternative Wasserquellen, sondern auch im Rest Europas.

Weiterführende Infos

  • Fragen und Antworten zur Wasserwiederverwendung vom Umweltbundesamt:
  • EU-Kommission: Vorschlag für eine Verordnung über Mindestanforderungen für die Wasserwiederverwendung mit einheitlichen Richtlinien und Bewertungskriterien
  • NEWater Prozess in Singapur:
  • UN World Water Development Report 2017 – Wastewater, the untapped resource:

Gastautor: Philipp Kehrein (PhD Candidate), Technische Universität Delft (NL)
Siehe auch Über mich

Philipp Kehrein 

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