Abwasser wiederverwenden: Anlagen schaffen Reserve gegen Trockenheit

Wassersparen ist in Deutschland kein fernes Zukunftsszenario mehr. München hat im Juli das Befüllen privater Pools, das Rasensprengen und die Autowäsche zu Hause eingeschränkt. Nach Hitze und Trockenheit war der Wasserverbrauch so stark gestiegen, dass die Stadt reagieren musste.

Gleichzeitig rauschen täglich große Wassermengen ungenutzt in die Kanalisation. KIT-Forscher wollen daraus eine verlässliche Reserve machen: Dezentrale Anlagen reinigen Abwasser direkt an Wohnhäusern, Betrieben oder in Stadtvierteln. Das aufbereitete Wasser kann anschließend Grünflächen und Felder versorgen, ohne dafür wertvolles Trinkwasser zu verbrauchen.

Zum Projekt gehört auch die europäische Forschungsinitiative DECIRE-WATER. 15 Partner aus sieben Ländern entwickeln darin Anlagen, die Abwasser direkt vor Ort aufbereiten und erneut nutzbar machen. Die EU fördert das dreijährige Vorhaben über Horizon Europe mit fünf Millionen Euro.

Nach einem Jahr Entwicklungsarbeit läuft nun der Praxistest. Die Teams prüfen, wie zuverlässig die Systeme unter wechselnden Bedingungen arbeiten. Neben Wasser sollen sie auch Stickstoff und Phosphor zurückgewinnen. Beide Stoffe werden als Pflanzennährstoffe gebraucht.

Wie sich Abwasser wiederverwenden und direkt vor Ort nutzen lässt

Bei der klassischen Abwasserentsorgung fließt verschmutztes Wasser meist über ein weit verzweigtes Kanalsystem zu einer großen Kläranlage. Dezentrale Systeme funktionieren anders. Sie können Wasser bereits an einzelnen Gebäuden, Wohnblöcken oder innerhalb eines Stadtviertels behandeln. Je nach Standort ergänzen sie bestehende Kläranlagen oder arbeiten als eigenständige Lösung.

Das aufbereitete Wasser soll anschließend dort eingesetzt werden, wo keine Trinkwasserqualität erforderlich ist. Ein möglicher Einsatzbereich ist die Bewässerung. Vor allem in trockenen Regionen könnte dadurch weniger Frischwasser verbraucht werden. Die Anlagen lassen sich zudem an unterschiedliche Wassermengen und Verschmutzungsgrade anpassen.

Pflanzen und Mikroorganismen reinigen das Wasser natürlich

Ein Teil der Reinigung erfolgt mit bepflanzten Bodenfiltern. Die Becken sind mit Sand oder Kies gefüllt und beispielsweise mit Schilf bewachsen. Zwischen den Körnern leben Mikroorganismen, die organische Verunreinigungen abbauen und damit zur Reinigung des Wassers beitragen.

© J. Rettig, JULIAN RETTIG | FOTOGRAFIE Modularer Container-Bodenfilter mit Rohrleitungssystem, Filtermedium und Schilfbepflanzung zur dezentralen Wasseraufbereitung. © J. Rettig, JULIAN RETTIG | FOTOGRAFIE

Je nach Belastung reicht dieses Verfahren allein jedoch nicht aus. Dann kommen weitere technische Schritte hinzu:

Membranbioreaktoren unterstützen die biologische Reinigung und halten unerwünschte Stoffe zurück.
UV-Anlagen können die Zahl der Keime im aufbereiteten Wasser verringern.
Digitale Systeme überwachen den Betrieb und sollen Störungen oder Risiken früh erkennen.

„Unser Ziel ist es, die Vorteile naturbasierter Verfahren mit technischen Lösungen zu kombinieren und die Wasseraufbereitung gezielt an unterschiedliche Anforderungen anzupassen“, sagt Dr. Verena Höckele, Abteilungsleiterin Wassertechnologie beim Projektträger Karlsruhe am KIT.

Sechs Anlagen testen die Technik unter realen Bedingungen

Ob solche Systeme dauerhaft funktionieren, hängt stark vom jeweiligen Standort ab. Abwasser fällt nicht überall in derselben Menge oder Zusammensetzung an. In Wohngebieten schwankt der Zufluss etwa im Tagesverlauf, während andere Standorte mit ganz anderen Belastungen umgehen müssen. Deshalb laufen die Versuche an sechs Demonstrationsanlagen in Europa und Südafrika.

Dort prüfen die Experten, wie die modular aufgebauten Systeme mit wechselnden Bedingungen zurechtkommen. Nach Angaben des KIT deuten erste Ergebnisse darauf hin, dass auch bei schwankenden Zuflüssen zuverlässig aufbereitetes Bewässerungswasser bereitgestellt werden kann. In den kommenden zwei Projektjahren sollen die Anlagen weiter verbessert und für einen späteren praktischen Einsatz vorbereitet werden.

„Wir erproben modulare Systeme und digitale Technologien unter realen Praxisbedingungen“, sagt Professorin Heidrun Steinmetz, Leiterin des Fachgebiets Ressourceneffiziente Abwasserbehandlung an der RPTU. Auf diesem Weg sollen Lösungen entstehen, die sich wirtschaftlich betreiben lassen und mit überschaubarem Aufwand an unterschiedliche Standorte angepasst werden können.

Abwasser wiederverwenden? Dabei lassen sich auch Nährstoffe zurückgewinnen

Neben Wasser enthält Abwasser Stoffe, die sich möglicherweise erneut nutzen lassen. Dazu gehören Stickstoff und Phosphor. Beide Elemente sind wichtige Pflanzennährstoffe und werden für die Herstellung von Düngemitteln benötigt. Die beteiligten Teams untersuchen deshalb, wie sich solche Stoffe während der Aufbereitung zurückgewinnen lassen.

Aus einem bisher vor allem als Abfall behandelten Wasserstrom könnten dadurch mehrere Ressourcen entstehen. Aufbereitetes Wasser ließe sich beispielsweise für Grünflächen oder landwirtschaftliche Bewässerung einsetzen, während zurückgewonnene Nährstoffe erneut genutzt werden könnten. Wie wirtschaftlich solche Verfahren im größeren Maßstab arbeiten, gehört zu den Fragen, die das Projekt in den kommenden Jahren klären soll.

Auch Kosten und Gesetze bestimmen den späteren Einsatz

Technisch sauberes Wasser allein reicht für eine breite Anwendung nicht aus. Je nach Land gelten unterschiedliche Vorschriften dafür, wie aufbereitetes Abwasser genutzt werden darf. Auch die vorhandene Infrastruktur, regionale Wasserpreise und die Kosten für Bau und Betrieb beeinflussen, ob sich dezentrale Anlagen rechnen.

Die Projektpartner untersuchen deshalb neben der Technik auch wirtschaftliche, geografische und rechtliche Bedingungen. Lebenszyklusanalysen sollen erfassen, welche Umweltwirkungen bei Herstellung und Betrieb entstehen. Kommunen, Unternehmen und Forschungseinrichtungen tauschen ihre Erfahrungen zudem in Workshops aus. Bis zum Projektende sollen daraus Lösungen hervorgehen, die sich an sehr unterschiedliche örtliche Bedingungen anpassen lassen.

Kurz zusammengefasst:

Dezentrale Anlagen können Abwasser direkt vor Ort reinigen und erneut nutzbar machen, etwa für die Bewässerung.
Naturbasierte Filter, Mikroorganismen, Membranen und UV-Licht übernehmen dabei verschiedene Schritte der Wasseraufbereitung.
Neben Wasser lassen sich auch Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor zurückgewinnen; Praxistests prüfen die technische und wirtschaftliche Nutzung.

Übrigens: Abwasser lässt sich nicht nur wiederverwenden – seine DNA-Spuren verraten sogar, was ganze Städte essen und wie sich Ernährungsgewohnheiten regional unterscheiden. Mehr dazu in unserem Artikel.