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Fachartikel
27. Juli 2020

Abwasserwiederverwendung

Interview mit Daniel Rensch

Die Auswirkungen des Klimawandels auf den Wasserkreislauf und -haushalt – global wie regional – treten immer deutlicher zutage. In vielen europäischen Ländern und auch in der Schweiz erhält deswegen ein Thema vermehrte Aufmerksamkeit: die Wiederverwendung von Abwasser, eine Möglichkeit, um dem Problem der Wasserknappheit zu begegnen. Bereits heute wird in der Schweiz Abwasser als wichtige Rohstoff- und Energiequelle angesehen, noch kaum aber als wichtige Wasserressource. Im Interview entwickelt Daniel Rensch, Co-Leiter des CC «Abwasserreinigung» des VSA, Ideen zu einem Siedlungswasserkreislauf mit der Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser als einem zentralen Element.
Margarete  Bucheli 
Was wird unter Abwasserwiederverwendung verstanden und wofür kann gereinigtes Abwasser wiederverwendet werden?

Zurückgewonnenes oder wiederaufbereitetes Wasser steht als Begriff für kommunales oder industrielles Abwasser, das nach der Reinigung wieder für andere Zwecke verwendet wird, statt – wie bei uns in der Schweiz derzeit üblich – in ein Gewässer eingeleitet zu werden. Dieses Wasser kann für die Bewässerung von Gärten und landwirtschaftlichen Flächen, zur Strassen- oder Platzreinigung oder auch zur Neubildung von Grundwasser und in künstlichen Seen und Teichen verwendet werden. Man nutzt es auch in Wohnungen, beispielsweise zur Toilettenspülung oder Wäschereinigung, oder als Brauchwasser in Betrieben und der Industrie, als Kühlwasser für Kraftwerke und Ölraffinerien oder Prozesswasser in Papierfabriken und Teppichfärbereien, zur Staubbekämpfung oder Betonherstellung. Schliesslich wird Abwasser sogar so weit aufbereitet, dass es Trinkwasserstandard erreicht – dies wird auch als «Trinkwasser-Wiederverwendung» bezeichnet.
Zusammengefasst: Das gereinigte Abwasser soll dem System Siedlungswasserwirtschaft wieder zur Verfügung gestellt und so die natürliche Ressource Wasser substituiert werden.

Global betrachtet, wo steht die Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser heute?

Die Aufbereitung von Abwasser für die Wiederverwendung ist weltweit verbreitete Praxis in der Wasserwirtschaft – und in zahlreichen Ländern bereits heute unentbehrlich. In erster Linie denkt man da natürlich an trockene und wasserarme Gebiete. So wird in Windhoek, der Hauptstadt von Namibia, schon seit Jahrzehnten ein Teil des Abwassers wieder zu Trinkwasser aufbereitet. Aber auch der Stadtstaat Singapur, der in den Tropen liegt und eigentlich genügend Regenwasser hätte, bereitet Abwasser wieder auf, da er sonst Fluss- oder Seewasser aus Malaysia importieren müsste. Dabei wird aus gereinigtem Abwasser mittels Mikro-/Ultrafiltration, Umkehrosmose und UV-Desinfektion hochreines Wasser erzeugt. Dieses wird vor allem in der IT-Industrie genutzt. Bei Trockenheit wird es zusätzlich in Rohwasserreservoirs gefüllt, um daraus Trinkwasser aufzubereiten. Heute leben zwei Drittel der Weltbevölkerung in Gebieten, die mindestens einen Monat pro Jahr von Wasserknappheit betroffen sind. Aufgrund der Urbanisierung steigt der Bedarf an Wasser immer stärker an – da kann wiedergewonnenes Wasser eine essenzielle Ressource sein.

«Die Aufbereitung von Abwasser für die Wiederverwendung ist weltweit verbreitete Praxis in der Wasserwirtschaft – und in zahlreichen Ländern bereits heute unentbehrlich.»

Und innerhalb der EU, wie wird hier das Thema derzeit behandelt?

In der EU wird jährlich etwa 1 Milliarde Kubikmeter Wasser wieder genutzt. Das entspricht ungefähr dem gesamten jährlichen Trinkwasserverbrauch in der Schweiz. Der grösste Teil davon wird eingesetzt für die Bewässerung in der Landwirtschaft, von Gärten, öffentlichen Parks und vielen Golfplätzen. Es wird aber auch zu Trinkwasserzwecken genutzt. Ein Beispiel ist die Gemeinde Wulpen in Belgien. Sie bezieht ihr Trinkwasser traditionell aus Grundwasser in den Dünen vor der Stadt, doch es stand immer weniger davon zur Verfügung. Seit 2002 wird das lokale Abwasser mittels Membranfiltration (Umkehrosmose) und anschliessender Desinfektion (Ozonung) mehrfach aufbereitet, sodass es Trinkwasserqualität aufweist. Dieses Wasser wird allerdings nicht direkt als Trinkwasser genutzt, sondern zur Grundwasseranreicherung in den Dünen versickert. Das gereinigte Abwasser passiert also ein natürliches System, bevor es wieder als Trinkwasser genutzt wird. Damit wird dem Nutzer auch der Ekel davor genommen, Wassermoleküle zu sich zu nehmen, die einmal Abwasser waren.
Das funktioniert übrigens ebenfalls in der Schweiz, wie das Beispiel der Wasserversorgung in Zürich zeigt: Die Stadt bezieht ihr Trinkwasser zu 75% aus dem Zürichsee, und die Gemeinden am und oberhalb des Zürichsees leiten ihr gereinigtes Abwasser in diesen hinein. Gut durchgemischt ergibt das einen Abwasseranteil von rund 4% im Zürichsee. Damit enthält folglich jedes Glas mit hervorragendem Stadtzürcher Trinkwasser eine sehr kleine Menge ehemaligen Abwassers.

Was ist der Stand der Dinge bezüglich Wasserwiederverwendung in der Schweiz?

Wir haben in der Schweiz die sehr gute Ausgangslage, dass wir unser Wasser fast ausschliesslich aus natürlichen Quellen beziehen können und nur etwa die Hälfte dieses Wassers aufbereiten müssen. Dieses hochwertige Wasser nutzen wir für praktisch alle Tätigkeiten in unseren Siedlungen. Das vorher erwähnte Beispiel von Zürich zeigt aber, dass bewusst oder unbewusst sehr gut gereinigtes Abwasser genutzt wird, um Grundwasseraquifere oder Oberflächenwasserreservoirs aufzufüllen und es wieder inner- oder ausserhalb der Siedlung zu verwenden. Ich kenne einige ARA, deren gereinigtes Abwasser bereits heute direkt, also ohne Umweg über ein aufnehmendes Gewässer, genutzt wird, um Gemüsefelder oder die städtischen Pärke und Rabatten zu bewässern. Das ist aber insgesamt ein sehr kleiner Anteil.

Wo sehen Sie in der Schweiz Potenziale für einen Ausbau der Abwasserwiederverwendung? In welchen Bereichen könnte gereinigtes Abwasser gut eingesetzt werden?

Gedanklich wäre das System einfach: Wir führen sehr gut gereinigtes Abwasser einfach wieder in die Siedlung zurück. Dort benutzen wir es, wo wir nicht unbedingt hochqualitatives Trinkwasser brauchen. Wieso nicht in einer langanhaltenden Schönwetterperiode die welkenden Stadtbäume oder den Parkrasen damit tränken? Abwasser fällt unabhängig von langen Trockenwetterphasen gleichmässig an, das haben uns die letzten Jahre deutlich gezeigt. Auch für die Platz- oder Strassenreinigung reicht die Qualität sicher. Und wieso nicht das lokale Grundwasser damit anreichern, wenn es durch langanhaltende Trockenperioden stark zurückgeht? In Analogie zum globalen Wasserkreislauf bezeichne ich dieses System Siedlungswasserkreislauf.
Es mag eingewendet werden, dass im Falle der Abwasserwiederverwendung Fliessgewässer, in die bis anhin das gereinigte Abwasser eingeleitet wurde, weniger Wasser erhalten, was in Trockenzeiten ebenfalls problematisch sein kann. Dem ist entgegenzuhalten, dass weniger natürliche Wasserressourcen genutzt werden müssen, wenn Abwasser wiederverwendet wird, sodass auf lokaler Ebene die Bilanz ausgeglichen sein sollte.

«Bewusst oder unbewusst wird sehr gut gereinigtes Abwasser genutzt, um Grundwasseraquifere oder Oberflächenwasserreservoirs aufzufüllen und es wieder inner- oder ausserhalb der Siedlung zu verwenden.»

Die Vorteile der Wasserwiederverwendung liegen auf der Hand, doch welche Nachteile hat die Verwendung von Abwasser als wertvolle Wasserressource? Welche Probleme können dabei auftreten, welche Risiken sind damit verknüpft?

Zugegeben, in der Praxis wird sich ein Siedlungswasserkreislauf nicht so schnell umsetzen können. Dazu braucht es einige Änderungsansätze, sowohl auf der technischen, städtebaulichen wie auch auf der gesellschaftlichen Ebene. Ein sehr wichtiger Aspekt ist die Hygiene: Wir müssen jederzeit Wasser anbieten, das absolut einwandfrei ist, also nicht krank macht oder Stoffe beinhaltet, die gesundheitsgefährdend sind. Das Wasser darf dem Menschen beim Kontakt oder sogar beim Konsum nicht schaden. Mit dem zunehmenden Ausbau der ARA mit Stufen zur Entfernung von Mikroverunreinigungen sind wir da schon ein grosses Stück weiter. Es braucht aber ein mehrstufiges Barrierensystem, wie wir es auch aus der Trinkwasserversorgung kennen. Das tönt nun sehr kostenaufwendig, muss es aber nicht sein. Das hochtechnische System von Singapur kostet etwa 3 Franken pro 1000 Liter aufbereitetem Wasser.
Allerdings liegt die grösste Schwierigkeit meines Erachtens im Umdenken und Verständnis für die Problematik. Wieso sollte ich ehemaliges Abwasser trinken? Das System funktioniert ja gut! Die Vereinten Nationen haben dazu einen alternativen Denkansatz: Wir sollten die enormen Mengen an häuslichem, landwirtschaftlichem und industriellem Abwasser, die jeden Tag in die Umwelt gelangen, statt als kostspieliges und aufwendiges Problem als wertvolle Ressource betrachten. Und damit versuchen, es möglichst lange und gut zu nutzen, bevor wir es wieder in die Umwelt zurückgeben.

Welche regulatorischen Vorgaben und Anreize bräuchte es, um eine sichere und nachhaltige Wasserwiederverwendung zu erzielen? Reichen Vorgaben im Gewässerschutzrecht oder müssten auch andere Bereiche einbezogen werden?

Bestehende ARA können heute ihr Abwasser meist viel besser reinigen, als sie müssten. Es fehlt aber der Anreiz dazu. Wieso also, statt sich auf Grenzwerte des Gewässerschutzrechts zu fixieren, nicht versuchen, die Reinigung so weit zu bringen, wie es mit der Anlage vernünftigerweise erreichbar ist – auf Englisch heisst dies «as low as reasonably achievable» oder abgekürzt ALARA. Dieses aufbereitete Wasser könnten wir dann dort nutzen, wo es nicht hochqualitatives Trinkwasser braucht. Leider gibt es für solches Wasser heute noch keine Qualitätsnormen in der Schweiz, wir müssen daher Ansätze im Lebensmittelrecht und auch in der Landwirtschaft finden. Ich denke da an verschiedene Qualitätsklassen von Wasser. Heute brauchen wir für praktisch alle Zwecke höchstqualitatives, reines Trinkwasser, eines der bestkontrollierten Lebensmittel. Das müsste nicht sein.

Momentan wird ein grosser Teil der Schweizer ARA erweitert um eine Stufe zur Elimination von Mikroverunreinigungen. Könnte das so gereinigte kommunale Abwasser bereits wiederverwendet werden oder bräuchte es weitere Reinigungsschritte?

Abwasser aus einer ARA mit einer Ozonungsstufe würde heute schon die EU-Anforderungen für Badewasserqualität einhalten – und wenn ich darin baden kann, kann ich damit sicher auch mein verschmutztes Mountainbike reinigen. Wichtig ist, dass das Wasser frei von Krankheitserregern ist, also eine oder mehrere Desinfektionsstufen durchläuft. Dazu gibt es viele verfahrenstechnische Möglichkeiten, die Ozonung ist eine davon. In der Trinkwasseraufbereitung arbeitet man aber auch mit UV-Licht oder sehr feinen Membranen respektive einer
Umkehrosmose.

Beim Abfall- und Abwassermanagement setzt sich verstärkt der Ansatz der «4 R» durch. Diese stehen für «reduce», «remove», «reuse» und «recover». «Reuse», also die Wasserwiederverwendung, haben wir bereits ausführlich behandelt. Wie steht es um die anderen drei R in der Schweiz?

Die ersten zwei R stehen für die möglichst weite Reduktion des Eintrags von Schadstoffen in das Abwasser und eine weitestgehende Reinigung des Abwassers. Ziel ist es, das Wasser der Umwelt in dem Zustand zurückzugeben, wie wir es daraus entnommen haben, chemisch, physikalisch und mikrobiologisch einwandfrei. Die heutige Gewässerschutzgesetzgebung und teilweise auch die Umweltschutzgesetzgebung ist vor allem auf diese zwei Punkte fixiert. Wir setzen unser Wissen und unsere Mittel vornehmlich dafür ein.
Langsam beginnen wir, Inhaltsstoffe im Abwasser als nachhaltige Quelle von Energie, Nährstoffen, wie Phosphor oder Stickstoff, und anderen Produkten, wie Metallen und Salzen, verstärkt zu nutzen. Dazu gehören die Rückgewinnung des Phosphors, aber auch anderer Nährstoffe, die Nutzung der Abwärme im gereinigten Abwasser oder die Nutzung von Biogasen. Ein Siedlungswasserkreislauf mit einer hohen Recyclingrate würde die Belastung der Gewässer drastisch mindern und damit deren Qualität stark verbessern. Und die beim Prozess gewonnenen Ressourcen könnten einen beträchtlichen Rohstoffbedarf substituieren.

«Ein Siedlungswasserkreislauf mit einer hohen Recyclingrate würde die Belastung der Gewässer drastisch mindern und damit deren Qualität stark verbessern.»

Wo sehen Sie bezüglich der 4 R die grössten Ausbaumöglichkeiten, aber auch den grössten Ausbaubedarf?

Die Technologien für eine Wasser- und Wertstoffwiedergewinnung aus Abwasser sind heute verfügbar, teilweise sind sie altbewährt wie die Klärgasproduktion. Der grösste Bedarf liegt in der Umsetzung respektive Nutzung: Es wird als noch nicht nötig erachtet, in hoch industrialisierten Ländern diese Technologien einzusetzen, da wir vermeintlich genügend natürliche Ressourcen haben. Diese sind aber zunehmend belastet und der Aufwand, die Ressourcen aus der Umwelt zu gewinnen, wird immer höher, auch finanziell.
Die Siedlungswasserwirtschaft ist immer noch ein Einwegsystem: Wasser aus der natürlichen Quelle entnehmen, nutzen, mit Rückständen in die Umwelt zurückgeben – trotz unserer hochwertigen Abwasserbehandlung –, Feststoffe verbrennen und deponieren. Das müsste nicht sein.

Das Schweizer Abwassersystem ist auf die zentrale Entsorgung und Reinigung ausgerichtet. Bräuchte es eine Abkehr von diesem Ansatz, um Abwasser als Ressource zu nutzen, oder erachten Sie das zentrale Abwassersystem als aussichtsreicher dafür?

Da gibt es meines Erachtens kein Entweder-oder, sondern ein Sowohl-als-auch. Bei der Gewinnung von Wertstoffen, wie technisch hochwertigem Dünger oder Salzen und Metallen, sind zentrale Systeme im Vorteil, da dort grosse Mengen anfallen, deren Wiedergewinnung sich lohnt. Das Kanalsystem bietet einen «staufreien» und energiearmen Transport an, aber mit entsprechendem Unterhalt. Die Wertstoffe werden zudem im Kanalsystem stark verdünnt und müssen daher mit viel Energieaufwand wieder aufkonzentriert werden. Zugegebenermassen ist unser heutiges, zentrales System der Abwasserentsorgung und -reinigung so ausgelegt, dass viel Wasser verbraucht wird. Es ist aber auch ein enorm robustes und resilientes System. Das ist ein grosser, nicht zu vernachlässigender Vorteil.
Dezentrale Systeme machen dort sehr viel Sinn, wo das entstandene Produkt auch wieder vor Ort genutzt werden kann. So lassen sie sich auf dem Land recht gut und vorteilhaft umsetzen. In Städten dagegen, wo wirklich die grossen Effekte auftreten würden, sind dezentrale Systeme viel schwieriger realisierbar. Zudem haben diese Systeme heute noch das Problem, die Produkte regelmässig und in der erwünschten Qualität zu produzieren.
Wenn wir die Wasserwiedergewinnung möglichst zeitnah umsetzen wollen, müssen wir die heutigen Systeme als Ausgangslage nutzen, da die Nutzungsdauer dieser Systeme mehrere Jahrzehnte beträgt und eine Abkehr enorm kostenintensiv wäre. Wo wir aber noch keine oder wenig stark zentralisierte Entwässerungssysteme haben, können lokale Wasserreinigungs- und -wiedergewinnungsanlagen durchaus sinnvoll sein.
Wichtiger ist in diesem Zusammenhang, wo und wie wir das aufbereitete Wasser wieder nutzen können. Wenn wir mehrere «Wassertypen» für eine Stadt produzieren, so müssen wir uns Gedanken machen, wie wir diese Systeme installieren wollen. Sollen wir Bewässerungssysteme mit Zisternen oder Reservoirs aufbauen? Wollen wir in Industriegebieten ein zweites Versorgungssystem mit hochreinem Wasser einrichten, analog zu Singapur? Bauen wir künstliche Grundwassersysteme oder Dämme, wo wir das Wasser lagern und bei Bedarf beziehen können? Letzteres erfolgt im Moment auf sehr hohem Level in Kalifornien.
Die heutigen Wasserversorgungssysteme sind – zumindest für den allergrössten Teil der Menschheit in Städten – ebenfalls zentral organisiert. Sollen wir das bestehende Wassersystem nun für wiederverwendbares Wasser nutzen und das eigentliche «Trinkwasser» in Gefässen verkaufen? Dieser für uns Schweizer vielleicht unvorstellbare Gedanke ist in einigen Megacitys heute schon der Normalfall.

Sollte Abwasser schon an der Quelle stärker separiert werden, z. B. in relativ wenig belastetes Grau- und fäkalienhaltiges Schwarzwasser?

Ich glaube nicht, dass solch eine Separierung die richtige Lösung ist. Wenn im Sanitärbereich noch mehr Leitungssysteme dazu kommen, dann steigt beispielsweise die Gefahr von Fehlanschlüssen. Auch ist eine Separierung in einem Einfamilienhaus mit motivierten Bewohnern gut umsetzbar, aber bei Mehrfamilienhäusern wird es schon schwieriger: Alle Bewohner müssten sich diszipliniert an die Vorgaben halten und die
Systeme müssten instandgehalten und gewartet werden. Hingegen sehe ich in der verstärkten Nutzung des Regenwassers noch ein grosses Potenzial schlummern.

In der Siedlungsentwicklung und -entwässerung werden Ideen wie blaue und grüne Infrastruktur oder Schwammstadt diskutiert und mancherorts bereits umgesetzt. Wie liessen sich diese Ideen mit dem 4R-Ansatz für Abwasser verknüpfen?

Die Idee der Schwammstadt ergänzt den Ansatz, indem sie die Problematik der Wasserknappheit während immer längerer Trockenperioden mit der Problematik unregelmässiger, stärkerer Niederschläge verbindet. Die Stadt sollte ein grosses Wasserreservoir werden. Wiedergewonnenes, trinkbares Wasser könnte auch in diese Speicher geleitet oder in Trockenperioden sofort genutzt werden. Es hilft damit gegen Wassermangel oder gegen Dürreperioden – ohne Gefahr für den Menschen.

«Die Stadt sollte ein grosses Wasserreservoir werden. Wiedergewonnenes, trinkbares Wasser könnte auch in diese Speicher geleitet oder in Trockenperioden genutzt werden.»

Wie könnte der VSA hier fördernd mitwirken?

Verbänden wie dem VSA und auch dem SVGW kommt bei der Umsetzung solcher Ideen eine zentrale Rolle zu. Sie sind das Bindeglied zwischen Experten und Forschern auf der einen Seite und den Entsorgungs- wie auch Versorgungsbetrieben auf der anderen Seite. In den Verbänden treffen sich die politischen mit den technischen Verantwortlichen. In Tagungen und Workshops zu den Themen entstehen Kontakte, die dann zur Umsetzung solcher Ideen führen können. Schliesslich hat die Schweiz finanzielle Ressourcen und exzellente Fachleute, Forscherinnen und Forscher, die mit kreativen Ideen diesen Weg erkunden können.

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