Abwasseraufbereitung: Wie können wir Schmutzwasser zur Ressource machen?

Warum nicht aus dem Problem eine Lösung machen? 

Jedes Jahr verbraucht die wachsende Menschheit mehr Wasser – und produziert gleichzeitig immer mehr Abwasser. Sie nachhaltig mit sauberem Wasser für Konsum, Industrie und Landwirtschaft zu versorgen wird eine der großen Herausforderungen dieses Jahrhunderts. Ein Teil der Lösung liegt darin, Abwasser nicht als Entsorgungsproblem, sondern als Ressource zu begreifen. Mit der richtigen Technik kann es eine wertvolle und nachhaltige Alternative zu Grund- und Oberflächenwasser werden und zudem Energie und Düngemittel liefern. Dafür brauchen wir zuverlässige und effiziente Pumpen.

Abwasser kann mehr als nur Wasser liefern

Abwasser kann eine Alternative zur Entnahme von Grund- oder Oberflächenwasser sein. Es ist überall verfügbar, wo Menschen leben, und sein Recycling verbraucht vergleichsweise wenig Energie. Daher liegen die Kosten für eine Abwasseraufbereitung auf Trinkwasserqualität nach Schätzung der International Water Association zwischen 0,45 und 0,75 US-Dollar pro Kubikmeter. Zum Vergleich: Der Preis für die Entsalzung von Meerwasser für große Anlagen beträgt zwischen 0,50 und 1,80 US-Dollar pro Kubikmeter – abhängig von den Energiekosten und dem Standort.

Abwasser ist zudem viel mehr als nur eine Quelle für Nutzwasser. So kann aus ihm zum Beispiel Phosphor gewonnen werden, der ein wichtiger Grundstoff für die Herstellung von Düngemitteln ist. Prognosen deuten darauf hin, dass die mineralischen Phosphorressourcen in den nächsten 50 bis 100 Jahren knapp oder sogar erschöpft sein werden. Schätzungsweise 22 % des weltweiten Phosphorbedarfs könnten durch das Recycling von Haushaltsabwässern gedeckt werden. Dabei muss der Phosphor noch nicht einmal aus dem Wasser isoliert werden, um ihn zu nutzen – schließlich lässt sich aufbereitetes Abwasser auch direkt für die Bewässerung von Feldern und Grünflächen einsetzen.

Auch Energie kann aus Abwasser gewonnen werden. Bei der aeroben Faulung von Schlamm in Kläranlagen entsteht zum Beispiel Biogas, das in der Regel mehr als 60 % Methan enthält. Dieses wird dann in Blockheizkraftwerken zur Kraft-Wärme-Kopplung genutzt, um Strom und Wärme zu erzeugen. Weit mehr Energie als in chemischer Form ist im Abwasser jedoch in thermischer Form gebunden. Sie kann mit bewährten und umweltfreundlichen Technologien wie Wärmetauschern oder Wärmepumpen zurückgewonnen werden, um für die Fernheizung, für landwirtschaftliche Gewächshäuser und für die Trocknung von Klärschlamm genutzt zu werden.

Recyceltes Abwasser kann daher in trockenen Regionen eine wichtige Alternative zur Entnahme von Grund- und Oberflächenwasser sein. So kann es der Erschöpfung von Grundwasserleitern vorbeugen und die Wasserversorgung stärker diversifizieren. Es sollte aber nie als Einzelmaßnahme zur Bekämpfung von Trockenheit eingesetzt werden. 
Wichtigstes Mittel sollten immer die Steigerung der Effizienz der Wassernutzung und die Einschränkung des Verbrauchs sein. Zudem müssen Versorger und Kommunen beachten, dass Wasserrecycling eigene Auswirkungen auf Ökosysteme und den Wasserkreislauf haben kann, die in der Planung berücksichtigt werden müssen. Wird Abwasser beispielsweise zur Bewässerung eingesetzt und nicht mehr in Flüsse und Seen eingeleitet, kann dies deren Wasserstand absenken. 
 

Fit for purpose: Für jede Anwendung das passende Wasser

Das Recycling von Abwasser ist keine neue Technologie. Neu ist lediglich die Art der Nutzung: Versorger bieten verschiedene Wassersorten mit unterschiedlichen Reinigungsgraden an, statt ausschließlich Wasser in trinkbarer Qualität bereitzustellen. So können Verbraucher die Sorte wählen, die am besten zu ihrer Anwendung passt. „Fit for purpose“ nennt sich dieses Prinzip. Für Löscharbeiten oder die Bewässerung eines Golfplatzes ist zum Beispiel kein Trinkwasser notwendig – aufbereitetes Abwasser ist eine günstigere und nachhaltigere Alternative. Zudem hat es oft Eigenschaften, die es für bestimmte Zwecke besonders gut geeignet machen. Aus der Kanalisation aufgefangenes und aufbereitetes Regenwasser zum Beispiel ist ideal für Reinigungen, Autowaschanlagen und industrielle Anwendungen, da es arm an Kalk und Nährstoffen ist. Abwasser aus Haushalten dagegen ist reich an Phosphaten und Nitraten und kann daher zur Bewässerung und Düngung von Pflanzen eingesetzt werden.

Die Reinigungsprozesse, die Abwasser vor der Wiederverwendung durchläuft, unterscheiden sich zum größten Teil nicht von jenen in kommunalen Klär- oder Trinkwasseraufbereitungsanlagen. Das Wasser geht dabei durch bis zu vier aufeinanderfolgenden Reinigungsstufen. Je nach Reinigungsgrad kann es für unterschiedliche Zwecke verwendet werden. Zunächst durchläuft es eine mechanische sowie eine biologische Säuberung. Wasser, das diese ersten beiden Stufen passiert hat, kann beispielsweise für die Bewässerung von Grünanlagen eingesetzt werden. Die dritte Reinigungsstufe kann aus einer chemischen Reinigung, Filterung oder einer weiteren biologischen Reinigung bestehen. Danach ist das Wasser für die Toilettenspülung, industrielle Anwendungen oder für die Bewässerung von essbaren Pflanzen nutzbar. Durchläuft das Wasser noch eine vierte Stufe, wie beispielsweise Umkehrosmose, Ultrafiltration oder Aktivkohlefilterung, kann es zum Auffüllen von Stauseen oder Grundwasserleitern für die Trinkwasserversorgung oder direkt als Trinkwasser verwendet werden. Unabhängig von seiner Verwendung muss das Wasser vor der Nutzung immer durch Chlor oder UV-Strahlung desinfiziert werden. 

Ein Beispiel aus der Praxis: Vendée in Frankreich

Wie das Recycling von Abwasser in der Praxis aussieht, kann man anhand eines in Europa einmaligen Projekts im Département Vendée im Westen Frankreichs an der Atlantikküste erleben, an dem KSB beteiligt ist und das 2024 fertiggestellt sein wird. Etwa 90 % des Trinkwassers des Départements werden durch 14 Stauseen bereitgestellt, die 56 Mio. m³ Wasser speichern können. Dadurch ist die Wasserversorgung stark von Regenfällen abhängig. In trockenen Sommermonaten fehlten dem Département bis zu 8 Mio. m³ Trinkwasser. Vendée Eau, der öffentliche Wasserversorger, startete daher das Projekt Jourdain, ein Programm zur Wiederverwendung von Abwasser.

Ein Teil des Wassers, das die Kläranlage von Les Sables-d’Olonne verlässt, soll durch Ultrafiltration, Umkehrosmose und UV-Bestrahlung aufbereitet und wiederverwendet werden. Dieses wiedergewonnene Wasser soll über eine 27 km lange Rohrleitung zum Jaunay-Staudamm geleitet werden, wo es in eine Vegetationszone eingeleitet werden wird. Dort wird es sich mit dem Flusswasser vermischen und in den Jaunay-Stausee fließen. Aus diesem bezieht das Trinkwasserwerk von Le Jaunay sein Wasser. So wird die Wasseraufbereitungsanlage im Sommer die Trinkwasserversorgung von 150 000 Menschen sichern. KSB lieferte für das Projekt Amarex-Pumpen zur Entnahme von Abwasser sowie Etanorm- und Multitec-Pumpen, welche die Ultrafiltration und Umkehrosmose speisen oder als Rückspülpumpen dienen. Die KSB-Produkte wurden auch aufgrund ihrer Beständigkeit gegen Korrosion ausgewählt, da der durchschnittliche Chloridgehalt aufgrund der Nähe zum Meer eine Herausforderung für das Projekt ist.