Wiederverwendung von Ablaufwasser aus Kleinkläranlagen für die landwirtschaftliche Bewässerung
- im Kontext der EU Verordnung 2020/741 über Mindestanforderungen an die Wasserwiederverwendung
Mit der neuen Verordnung 2020/ 741 über Mindestanforderungen an die Wasserwiederverwendung vom 25. Mai 2020 hat das Europäische Parlament ein neues Zeitalter für die Wiederverwendung von Abwasser im Wesentlichen für die landwirtschaftliche Nutzung eingeläutet:
„(1) Die Wasserressourcen in der Union geraten zunehmend unter Druck, was zu Wasserknappheit und einer Verschlechterung der Wasserqualität führt. Insbesondere der Klimawandel, unvorhersehbare Wetterverhältnisse und Dürren tragen wesentlich dazu bei, den durch Stadtentwicklung und Landwirtschaft verursachten Druck auf die Süßwasserressourcen zu erhöhen.“
Explizit werden neben den landwirtschaftlichen Nutzungsformen auch angeregt weitere Nutzungsformen zuzulassen:
„(29) Die Aufbereitung und Wiederverwendung von behandeltem Abwasser bietet ein großes Potenzial. Um die Nutzung der Wasserwiederverwendung zu unterstützen und dazu anzuregen, sollte die Angabe spezieller Verwendungszwecke im Rahmen dieser Verordnung die Mitgliedstaaten nicht daran hindern, die Verwendung von aufbereitetem Wasser für andere Zwecke, einschließlich industrieller sowie mit Freizeit und Umwelt verbundener Zwecke, zuzulassen, wenn das angesichts der einzelstaatlichen Gegebenheiten und Erfordernisse für notwendig erachtet wird, sofern ein hohes Maß an Schutz für die Umwelt sowie für die Gesundheit von Mensch und Tier sichergestellt ist.“
Während in zahlreichen Ländern die landwirtschaftliche Nutzung dieser neuen Wasserquelle von großem Interesse ist, wird der Wasserverbrauch der Begrünung zur Minimierung städtischer Hitzeinseln immer bedeutsamer. Dies spielt vor allem beim Thema Wasser eine Rolle, wenn immer mehr Gebäude eine Dach-, Fassaden- oder Anlagenbegrünung integrieren. Wo soll das Wasser für die Bewässerung herkommen, zumal es durch klimatische Bedingungen immer knapper wird? Besonders interessant ist, dass bei der Verwendung des aufbereiteten Abwassers zu Bewässerungszwecken auch eine Nachrüstung der Aufbereitungstechnologie in Frage kommt, da kein separates Betriebswasserleitungssystem im Gebäude verlegt werden muss. Aber auch der Einsatz als Betriebswasser zur Spülung der Toiletten oder als Waschwasser beispielsweise, wird in ersten Projekten bereits umgesetzt. Ein Gebäude, bei dem das Abwasser anfällt, sollte als Gesamtkomplex betrachtet und damit als solches ganzheitlich einem nachhaltigen Wandel unterzogen werden.
Wird das Abwasser aus zentralen (zumeist kommunalen) Kläranlagen bezogen, muss geprüft werden, ob sich der Transportaufwand des aufbereiteten Wassers zu den Entnahmestellen rechtfertigen lässt.
Mit der AQUALOOP Wasseraufbereitungs-Serie hat INTEWA hier nun eine komplette Serie von anschlussfertigen Anlagen von 300 – ca. 50.000 l/Tag und deren Vielfachen entwickelt.
Das Aachener Unternehmen hat die Technologie in den letzten 10 Jahren perfektioniert und weltweit in über 100 Projekten (im Bereich Grauwasser-Recycling) bereits erfolgreich umgesetzt.
Wie funktioniert eine Kleinkläranlagenablaufwasser-Recyclinganlage?
- Kläranlage
- Tauchmotorpumpe
- AQUALOOP Bioreaktor
- AQUALOOP Membranen
- AQUALOOP Membranstation
- AQUALOOP Gebläse
- Klarwasserspeicher
- Ansaugfilter
- RAINMASTER Favorit SC Duplex
- Ausdehnungsgefäß
Die Anlagen können eingesetzt werden, wenn eine Kleinkläranlage bereits existiert. Die INTEWA Anlagen werden einer existierenden Kleinkläranlage nachgeschaltet und bereiten das Ablaufwasser dieser Kläranlage (1) auf.
Das mit einer marktüblichen Kläranlage vorgereinigte Kleinkläranlagenablaufwasser wird in der Regel über eine Tauchmotorpumpe (2) in den AQUALOOP Bioreaktor (3) gepumpt. Falls die AQUALOOP Anlage im Keller eines Gebäudes installiert ist, kann das Ablaufwasser auch im geodätischen Gefälle direkt eingeleitet werden. In der Regel sind die Kleinkläranlagen jedoch außerhalb des Gebäudes installiert. Ist ein frostsicherer Betrieb möglich, kann die AQUALOOP Anlage auch einfach außerhalb des Gebäudes aufgestellt werden. Der im Vorfilter gesammelte Schmutz wird anhand einer Rückspüldüse regelmäßig in den Abwasserkanal zurückgespült, falls dieser noch angeschlossen ist.
Im Bioreaktor findet ein weiterer, kontinuierlicher, biologischer Abbau mittels Bakterien statt. Der Einsatz eines zusätzlichen Bioreaktors hat sich in der Praxis als notwendig erwiesen, da das Ablaufwasser der meisten Kläranlagen trotz biologischer Stufe und auch bei sehr guten Ablaufwerten für den nachgeschalteten Ultrafiltrationsprozess nicht immer ausreichend abgebaut ist. Ein sogenannter Direktfiltrationsprozess ist möglich, würde aber zu größerem Wartungsaufwand für die Membranreinigung (4) führen. Die Bakterien, die den weiteren Abbauprozess übernehmen sollen, werden durch einen am Boden der Anlage befindenden Rohrdiffuser mit Sauerstoff über ein Gebläse (6) versorgt. Das Ansiedeln der Bakterien geschieht auf den vielen hundert Füllkörpern, welche spezielle Schwebekörper mit einer großen Oberfläche sind. Eine ebenfalls am Boden befindliche Schlammpumpe entfernt periodisch, entstehende Sedimente. Im Biorektor befinden sich zudem die Membranstationen (5), welche das Kleinkläranlagenablaufwasser in den Klarwasserspeicher (7) mittels Ultrafiltration filtern.
Aufgrund der geringen Membranporenweite von 0,02 µm werden Partikel, Bakterien und sogar Viren zurückgehalten. Die Membranen werden periodisch durch Rückspülung und durch grobe Luftblasen gereinigt. Anlagen > 5.400 l/Tag Aufbereitungsvolumen, sind mit einer browserfähigen Steuerung (I-Connect) und automatischen, chemischen Reinigungstechnologie ausgestattet. Dies ermöglicht besonders bei den größeren Systemen einen noch wirtschaftlicheren und wartungsärmeren Betrieb. Kleinere Anlagen sind dagegen mit der dreifachen Membranoberfläche ausgestattet, um die erforderlichen Wartungsintervalle zu minimieren. Das saubere, hygienisch aufbereitete Betriebswasser wird schließlich von Druckerhöhungssystemen (9) zu den Verbrauchern gepumpt und für die Bewässerung (ggfls. als Betriebswasser) verwendet. Zur Erzielung größtmöglicher Sicherheit durchläuft das bereits ultrafiltrierte Betriebswasser als letzte Stufe noch eine UV-Behandlung.
Wo eignen sich Kleinkläranlagenablaufwasser-Recyclinganlagen besonders gut?
Idealerweise können diese Anlagen überall dort eingesetzt werden, wo bereits eine Kläranlage mit entsprechenden Ablaufqualitäten existiert. Bei dezentralen Kleinkläranlagen können Transportwege für das Wasser eingespart werden. Wird das Wasser außerhalb des Gebäudes verwendet, können die Anlagen im Bestand nachgerüstet werden. In Gegenden ohne Frost ist eine Außenaufstellung möglich. Der optimale Einsatzbereich sind zum Beispiel landwirtschaftliche Betriebe mit entsprechendem Bewässerungsbedarf oder Gebäude mit Begrünungs- und Kühlungsbedarf.
Ein großer Vorteil von Kleinkläranlagenablaufwasser-Recyclinganlagen gegenüber Regenwassernutzungsanlagen ist, dass sie unabhängig von Dachflächen und Niederschlagsbedingungen sind, somit im Laufe eines Jahres keinen starken Schwankungen unterliegen und schließlich nur kleine Speichervolumina benötigen. Im Vergleich zu Grauwasser-Recyclingsystemen liefern die Anlagen mindestens doppelt so viel Wasser, da auch das Waschmaschinen- Küchen und Schwarzwasser komplett mit eingeleitet wird. In Deutschland fallen so etwa 120 l/ Person/ Tag an Abwasser an. In vielen anderen Ländern können dies auch bis zu 250 l/ Person/ Tag sein.
Ein besonderes Augenmerk ist auf die Ablaufwasserqualität der vorgeschalteten Kleinkläranlage zu legen, da ansonsten von einem erhöhten Wartungsaufwand auszugehen ist. Nach den Mindestanforderungen der Abwasserverordnung Nordrhein-Westfalen (Größenklasse 1 gemäß Anhang 1, Teil C), dürfen die Ablaufwerte von Kleinkläranlagen 150 mg/l CSB sowie 40 mg/l BSB5 nicht überschreiten. Diese Ablaufwerte dürfen nicht überschritten werden.
Sofern nicht mehr ausreichend Wasser für die Bewässerung zur Verfügung steht, versteht sich die Wiederverwendung des Ablaufwassers aus einer Kläranlage schon fast von selber. Zudem werden aber auch die Kosten für Trinkwasser eingespart, die in einigen Gegenden so hoch sind, dass sich solche Anlagen sogar amortisieren können. Eine Amortisation innerhalb kann für Wasserpreise ab 3,00 /m³ ca. dargestellt werden. Bei der Nutzung als Bewässerungswasser können die Abwasserkosten nicht einkalkuliert oder von Seiten des Entsorgers berechnet werden, da dieses Wasser ja nicht mehr in den Kanal abgeführt wird. Können sowohl die Trinkwasser- als auch die Abwassergebühren eingespart werden, wie dies oftmals bei der Nutzung als Betriebswasser innerhalb eines Gebäudes der Fall ist, wird durch die doppelte Nutzung auch doppelt finanzieller Gewinn erzielt: Es werden sowohl die Trink- als auch die Abwassergebühren eingespart. In vielen Ländern liegen die Trink- und Abwasserkosten zusammen bereits bei über 6,00 €/m³. Je nach Wasserpreis und Größe des Systems, können sich inzwischen sehr kurze Amortisationszeiten von unter 6 Jahren ergeben.
Erhöhung des Gebäudewertes
Durch die Integration eines Kleinkläranlagenablaufwasser-Recyclinganlagen kann eine höhere Klassifizierung bei Gebäudezertifizierung (z.B. beim DGNB, LEED, BREEAM u.v.m.) erreicht werden. Dies kann zu Finanzierungsvorteilen aufgrund der EU Taxonomie und Nachhaltigkeitseinstufung führen.
Nachhaltige Gebäudestandards erreichen
Mit einer Kleinkläranlagenablaufwasser-Recyclinganlagen tragen Bauherr und Planer durch die Einsparung von Wasser und Abwasser ganz erheblich zur Erreichung der Nachhaltigkeitsziele der Vereinten Nationen bei.
Geringer Platzbedarf
Kleinkläranlagenablaufwasser-Recyclinganlagen sind extrem platzsparend, da das Wasser täglich anfällt und direkt wieder verwendet werden kann. Die Notwendigkeit von größeren Speicherkapazitäten entfällt somit, was einen deutlichen Vorteil zu anderen Systemen darstellt. Auf zwei Quadratmeter Fläche kann ein Kubikmeter Wasser für den täglichen Bedarf gespeichert werden.
Wasserqualität, Nutzungsmöglichkeiten und Überwachung?
Durch den besonderen Aufbereitungsprozess mit einem Membran-Bioreaktor, der sowohl einen biologischen Abbau als auch eine Ultrafiltration mit 0,02 µm Porenweite beinhaltet, liefern die Systeme eine hervorragende Wasserqualität, die den höchsten Standards entspricht. Im Vergleich zu anderen Verfahren werden hier sogar Keime und Viren sicher zurück gehalten. Die INTEWA Systeme sind als erste und bislang einzige Systeme weltweit nach dem bedeutendem Standard NSF "Class C" für Grauwasser zertifiziert. Zudem wurden die Systeme nach dem British Standard (Grauwasserrecycling) für eine Sprühbewässerung zertifiziert. Für die Aufbereitung von Ablaufwasser aus Kleinkläranlagen liegt bislang keine Zertifizierung vor. Die erzielbaren Ablaufqualitäten erfüllen aber durch die Prozesse: Zweitbehandlung + Filtration + Desinfektion die Güteklasse A nach der Verordnung (EU) 2020/741.
Nach der Verordnung führen die Betreiber der Aufbereitungseinrichtungen eine Routineüberwachung durch, um zu überprüfen, ob das aufbereitete Wasser den Mindestanforderungen an die Wasserqualität entspricht. Die Routineüberwachung ist Teil der Verfahren zur Kontrolle des Wasserwiederverwendungssystems. Die Proben, die verwendet werden, um die Einhaltung der mikrobiologischen Parameter an der Stelle der Einhaltung zu überprüfen, sind gemäß der Norm EN ISO 19458 oder anderen nationalen oder internationalen Normen, die eine gleichwertige Qualität gewährleisten, zu entnehmen.
Bei Erzielung der höchsten Güteklasse A kann das aufbereitete Wasser mit allen Bewässerungsmethoden und für die Bewässerung aller Nahrungsmittelpflanzen und Hackfrüchte, deren essbarer Teil unmittelbar mit dem aufbereitetem Wasser in Kontakt kommt, verwendet werden.
Dimensionierung, Planung und Installation
Die Dimensionierung eines Kleinkläranlagenablaufwasser-Recyclingsystems richtet sich nach dem Tagesbedarf und Tagesertrag. Inzwischen bietet INTEWA eine Serie von vorgefertigten Systemen von 300 bis 48.600 Liter Aufbereitungsvolumen/Tag an:
Die Systeme AL-GW300 bis AL-GW3600 sind mit einer AQUALOOP –Steuerung ausgestattet.
Die größeren Anlagen AL-GW5400 bis AL-GW21.600 besitzen eine Fernsteuerung mit I-CONNECT und automatischer Reinigung I-CON-ADS.
Die Systeme AL-GW32400 bis AL-GW48600 besitzen neben I-CONNECT und I-CON-ADS zudem eine zentrale Filtrations- und Rückspülpumpe.
Noch größere Systeme werden kombiniert. Die vorgefertigten Systeme lassen sich sehr schnell und sicher planen und ermöglichen eine unkomplizierte Montage, die durch jeden Installateur zügig vorgenommen werden kann.
Betrieb und Wartung mit I-CONNECT
Die I-CONNECT Steuerung ist das Herzstück der Anlage und ermöglicht mit entsprechendem Zubehör die Fernüberwachung und Fernsteuerung von Kleinkläranlagenablaufwasser-Recyclingsystemen über 5.400 l/Tag. Der Online-Zugriff auf die jeweilige Anlage erfolgt über ein Web-Portal oder eine App.
Mit der Viewer Lizenz lassen sich die Anlagen einsehen, die Expert Lizenz ermöglicht Onlinekonfigurationen direkt an der Anlage. Offline können die Steuerungen je nach Ausführung über ein Touchdisplay oder Computer bedient werden. Die Daten werden auf sicheren Servern in Europa gehostet. Der Controller erlaubt die Ausgabe in gängige Gebäude-Management-Systeme wie zum Beispiel Bacnet.
Automatische chemische Reinigung
Anlagen > 5.400 l/Tag sind mit der sog. I-CON-ADS Technologie ausgestattet. Diese ermöglicht die automatische Durchführung einer chemischen Reinigung der Membrankartuschen. Der durchschnittliche Volumenstrom der Ultrafiltrationsmembranen kann somit verdreifacht und die Effizienz des Filtrationsprozesses erhöht werden. Der umfassende Reinigungsprozess besteht aus einer sauren Reinigung mit Zitronensäure, welche anorganische Verbindungen (Scaling) in der Membran und den Leitungen löst. Hinzu kommt eine oxidative Reinigung mit Chlor, um organische Verblockungen zu entfernen.
Referenzen
Nationalpark Plitvicer Seen, Kroatien
Ganz in der Nähe dieses wasserreichen Touristenmagneten wurden 2022 drei neue Pensionen für Saisonarbeiter errichtet. Aufgrund der abgelegenen Region, sind alle Pensionen mit einer eigenen Kleinkläranlage ausgestattet. Um wertvolles Trinkwasser einzusparen, wurde das Ablaufwasser dieser Kläranlagen mit der AQUALOOP Technik soweit zusätzlich aufbereitet, dass es nun für die Bewässerung wieder verwendet oder bedenkenlos versickert werden kann.
INTEWA Unternehmenssitz Aachen
Mittels der AQUALOOP-Technologie (inkl. UV Entkeimung und Ultrafiltration) wird das Ablaufwasser aus der vollbiologischen CFP Kompaktkläranlage der Marke Schachtprofi (Constant Flow Processing) im INTEWA Unternehmenssitz weiter zu Betriebswasserqualität aufbereitet und von dort mit einem RAINMASTER Eco in einem separaten Leitungskreis für die Spülung der Toiletten verwendet. Dieser Kreislaufprozess spart sowohl Trink- als auch Abwasserkosten ein. Bei abflusslosen Kleinkläranlagen werden zudem die Kosten für das Absaugen des Wassers eingespart. Einem Wasserertrag von ca. 100 m³/ Jahr über Handwaschbecken, WC, Spüle, Spülmaschine, Putzwasser, Bodenablauf steht hier ein Wasserbedarf von ca. 66 m³/ Jahr für die Toilettenspülung gegenüber. Weiteres Wasser soll in Zukunft auch für die wachsende Begrünung verwendet werden.
Zusammenfassung und Ausblick
Die enorme Bedeutsamkeit und das hohe zukunftsweisende Potential das Ablaufwasser von Kläranlagen für eine weitere Nutzung insbesondere in der landwirtschaftlichen Bewässerung, aber auch für die innerstädtische Bewässerung der Begrünung und zur Betriebswassernutzung wieder aufzubereiten, sind inzwischen wissenschaftlich anerkannt. Mit der EU Verordnung 2020/741 ist eine wertvolle Basis für die Umsetzung in der Praxis geschaffen worden. Mit einer neuen Serie an anschlussfertigen Systemen, zeigt der Wasserexperte INTEWA aus Aachen, dass diese Form der Wasserwiederverwendung technologisch inzwischen höchstes Niveau für die Bewässerung erzielt hat und sich sogar gut für eine Nachrüstung eignet. Die Systeme verfügen über eine automatische Reinigung, Browser basierte Steuerung und Fernwartung und können so weltweit online bequem und unkompliziert betrieben werden. Dies reduziert die Kosten für den Unterhalt und garantiert die Funktionssicherheit und die daraus resultierende, zertifizierte und höchsten Standards entsprechende Qualität des aufbereiteten Wassers.
Autor: Oliver Ringelstein, INTEWA GmbH
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