Wird Grauwasser-Recycling zum Stand der Technik?
Ein Blick auf die technischen Möglichkeiten und Vorteile, aber auch auf die Hindernisse und Durchsetzungwiderstände.
Wassermangel und Starkregen zugleich
Seit 1993 beschäftigt sich INTEWA damit, den aufkommenden und stark wachsenden Herausforderungen durch Wassermangel einerseits und extremen Starkregenereignissen andererseits mit technologischen Lösungen zu begegnen. Trotz der enorm wachsenden Probleme, sind gerade Wasserwiederverwendungs-Technologien, wie die Regenwassernutzung und das Grauwasser-Recycling, jedoch noch immer nicht Stand der Technik. Deutschland geht es in der Tat im Vergleich zu vielen anderen Ländern weltweit beim Thema Wassermangel noch recht gut. Aber auch vor Deutschland macht der Klimawandel nicht halt. Grundwasserstände sinken, Nutzungen werden eingeschränkt, Überflutungen, Gewässerbelastungen, steigende Preise- all dies sind deutliche Anzeichen, dass Deutschland nicht verschont bleibt. Inzwischen kann INTEWA auf Erfahrungen mit mehreren tausend Regenwassernutzungsanlagen zurückgreifen. Auch sehr groß dimensionierte Regenwasserzisternen reichen inzwischen nicht mehr aus, die immer länger werdenden Trockenperioden zu überbrücken. Eine Lösung bietet sich hier durch das Grauwasserrecycling an. Hier wird leicht verschmutztes Abwasser aufbereitet und als Betriebswasser wieder verwendet. So können ca. 40 % des Wasserbedarfs, unabhängig von den Niederschlagsverhältnissen, eingespart werden. Grauwasserrecycling-Systeme wurden schon vor Jahrzehnten immer wieder von verschiedenen Herstellern auf den Markt gebracht. Aber keine dieser Systeme konnte sich nachhaltig am Markt behaupten. Ein Problem bestand in einer ungenügenden Aufbereitungsqualität, die zu Geruchsproblemen führte. Seit etwa 10 Jahren gibt es nun Systeme, die mit einem Membranbioreaktorverfahren arbeiten, eine ausgezeichnete Wasserqualität liefern und über hohe Betriebssicherheit verfügen. In diesem Beitrag soll nun diskutiert werden, ob diese Technologie das Potential hat, integraler Bestandteil zumindest für Neubauten zu werden.
Barrieren und Förderungen für die Wasserwiederverwendung zugleich
Glücklicherweise hat sich inzwischen der Markt für Wasserwiederverwendung und Regenwassermanagement durch regulatorische Vorgaben, wie die EU-Wasserrahmenrichtlinie, gesetzliche Anforderungen an Bauordnungen zur Begrünung und zum Regenwassermanagement, sowie Investitionen in Umwelttechnik (etwa der Green Deal der EU) geändert. Mit der Einführung der EU-Taxonomie-Verordnung 2020/852 können Technologien nun nach ihren ökologischen Nachhaltigkeitskriterien eingestuft werden, woraus der Zugang zu günstigen Finanzierungsmitteln möglich ist. Aber was sind weiterhin die Barrieren? Warum wird ein Wasserwiederverwendungssystem nicht bei jedem Neubau zumindest eingeplant?
In vielen Ländern, z.B. Vereinigte Arabische Emirate, Irland, usw., wird Wasser so stark subventioniert, dass sich eine Wasserwiederverwendung für die Betreiber wirtschaftlich nicht rechnet. Ein anderer Grund sind fehlende Regeln und Vorschriften. Es gibt zum Beispiel keine Regelung für die Eigenversorgung mit Regenwasser in Deutschland, wobei der neue risikobasierte Ansatz in der EN1717 helfen kann. Wasser ist in den Baunormen oft nicht implementiert und weit hinter Themen wie Energie und CO2. In Deutschland haben wir z.B. den "Anschluss- und Benutzungszwang" in den Satzungen. Was uns hindert sind auch widersprüchliche Regeln und Vorschriften, z. B. ist das Schwimmen in einem See nach der EU-Badegewässerverordnung erlaubt, aber das Duschen mit demselben Wasser wäre nicht erlaubt. Weltweit gibt es große Unterschiede in der akzeptierten Wasserqualität für verschiedene Anwendungen, es gibt keine ISO-Norm. In Singapur braucht man ultragefiltertes Wasser, um den Fußboden zu reinigen und in Südafrika hat man Glück, wenn man ungefiltertes Regenwasser zum Teekochen verwenden kann. Bei den Qualitätsstandards fehlt die „Hygiene“ - Wasserqualität, zum Beispiel zum Baden und Duschen. Es gibt nur Trinkwasser-, Betriebswasser- und Bewässerungswasserqualität. In einigen Ländern sind die Anforderungen an die Betriebswasserqualität so hoch, dass sich die Wiederverwendung von Wasser nicht rechnet. Ein Problem für die Wirtschaftlichkeit von Regenwassernutzungsanlagen ist zum Beispiel das Gebührensplitting. Der Betreiber einer Regenwassernutzungsanlage spart nur noch die Trinkwasserkosten ein. Dies macht solche Anlagen weitestgehend unrentabel. In vielen Städten hat man aber inzwischen verstanden, dass der positive Einfluss von Regenwasserzisternen, beispielsweise Schutz des Grundwasservorrates und Retentionswirkung, so groß ist, dass diese Anlagen nun von der Versiegelungsgebühr zumindest befreit (Berlin) oder sogar finanziell bezuschusst werden. In fast allen Teilen Belgiens ist der Einbau einer Zisterne beim Neubau seit Jahrzehnten sogar Pflicht. Ist das Grauwasser-Recycling dann sinnvoller als die Regenwassernutzung?
Grauwasser-Recycling versus Regenwassernutzung
Regenwasser wird vom Dach gesammelt, gefiltert und für Anwendungen wie Gartenbewässerung, Toilettenspülung oder Waschmaschinen über eine separate Betriebswasserleitung, verwendet. Es ist relativ einfach zu erfassen und meist frei von organischen Verunreinigungen, was die Aufbereitung unkomplizierter macht. Bei Gründächern verringert sich die Menge an Dachablaufwasser stark bei gleichzeitig steigendem Bedarf für die Bewässerung. Je nach Verteilung der Niederschläge über das Jahr werden große Zisternen benötigt. Grauwasser hingegen stammt aus Duschen, Badewannen und Waschbecken, welches über eine separate Schmutzwasserleitung gesammelt wird. Es enthält Seifenreste und organische Stoffe und muss daher intensiver aufbereitet werden, bevor es erneut verwendet werden kann. Nach entsprechender Reinigung eignet es sich ebenfalls für die Toilettenspülung oder zur Gartenbewässerung.
DIN EN 16941-2:2021-11
Vor-Ort-Anlagen für Nicht-Trinkwasser - Teil 2: Anlagen für die Verwendung von behandeltem Grauwasser; Deutsche Fassung EN 16941-2:2021
Dieses Dokument legt die Grundlagen von Planung, Bemessung, Einbau, Kennzeichnung, Inbetriebnahme und Wartung von Grauwassernutzungsanlagen für die Verwendung von Grauwasser vor Ort fest. Sie ist insbesondere anwendbar für die Nutzung von behandeltem Grauwasser zur: WC-Spülung; Gartenbewässerung; Reinigung von Wäsche; Reinigung von Gegenständen. Dieses Dokument legt auch die Mindestanforderungen an Grauwassersysteme fest
Im Gegensatz zur Regenwassernutzung können immer die Trink- und Abwasserkosten eingespart werden. Grauwassersysteme sind in Deutschland zwar anzeigepflichtig, aber nicht genehmigungspflichtig. Das Grauwasser-Recycling ist insbesondere unabhängig vom Niederschlag und den angeschlossenen Dachflächen. Eine Grauwasseranlage kommt mit Tagesvolumen als Speicher aus und kann somit innerhalb eines Gebäudes installiert werden. Um den Autarkiegrad bei der Wasserversorgung zu erhöhen, kann es sinnvoll sein die beiden Technologien zu koppeln.
Wie funktioniert eine Grauwasser-Recyclinganlage?
Das Grauwasser aus Duschen, Badewannen und Handwaschbecken wird über einen Filter vorgefiltert, bevor es in den Bioreaktor gelangt. Der im Vorfilter gesammelte Schmutz wird anhand einer Rückspüldüse regelmäßig in den Abwasserkanal zurückgespült. Im Kernstück der Anlage- dem Bioreaktor- findet ein kontinuierlicher, biologischer Abbau mittels Bakterien statt. Diese werden durch einen am Boden der Anlage befindenden Rohrdiffuser mit Sauerstoff versorgt. Das Ansiedeln der Bakterien geschieht auf den 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, welche das Grauwasser in den Klarwasserspeicher mittels Ultrafiltration filtern. Aufgrund der geringen Membranporenweite von 0,02µm werden Partikel, Bakterien und sogar Viren zurückgehalten. Die Membranen werden periodisch durch Rückspülung und durch grobe Luftblasen gereinigt. Anlagen mit einem Aufbereitungsvolumen von über 5.400 l/Tag, sind mit einer browserfähigen Fernsteuerung und einem automatisierten, chemischen Reinigungsverfahren ausgestattet. Dies ermöglicht besonders bei den größeren Systemen einen noch wirtschaftlicheren und wartungsärmeren Betrieb. Das saubere, hygienisch aufbereitete, Betriebswasser wird von Druckerhöhungssystemen zu den Verbrauchern gepumpt und für die Toilettenspülung, Waschmaschine oder die Bewässerung verwendet. Zur Erzielung größtmöglicher Sicherheit durchläuft das bereits ultrafiltrierte Betriebswasser als letzte Stufe noch eine UV-Behandlung.
Wie gut und sicher ist die Wasserqualität des aufbereiteten Grauwassers?
Durch den besonderen Aufbereitungsprozess mit einem Membranbioreaktor, 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. Das aufbereitete Wasser wurde mit nur 1 E.coli / 100 ml Wasser im Durchschnitt getestet. Es verfügt über eine sehr geringe Trübung und ist geruchslos. Optisch ist das Wasser oftmals von Trinkwasser kaum zu unterscheiden. Die INTEWA Systeme sind als erste und bislang einzige Systeme weltweit nach dem bedeutendem Standard NSF 350 "Class C" zertifiziert. Zudem wurden die Systeme nach dem British Standard für eine Sprühbewässerung zertifiziert.
Dimensionierung, Planung und Installation
Besonders in Sportanlagen, Schulen, Hotels und Mehrfamilienhäusern mit erhöhtem Wasserverbrauch durch Duschen und Baden und einem passenden Betriebswasserbedarf für die Toilettenspülung, Waschmaschine, die Bewässerung oder Kühlung, eignen sich Grauwasser- Recyclinganlagen hervorragend, da hier die Effizienz der Anlagen optimal zur Geltung kommt. Da für Grauwasser-Recyclinganlagen ein separates Grauwasser- und Betriebswasserleitungssystem benötigt wird, eignen sich in der Regel Neubauten oder Sanierungsprojekte. Hier verursachen die separaten Leitungen vertretbare Zusatzkosten. Um eine gute Zugänglichkeit und Wartung der Anlage zu ermöglichen, sollte die Aufstellung der Anlage innerhalb des Gebäudes erfolgen.
Die Dimensionierung eines Grauwassersystems richtet sich nach dem Tagesbedarf und Tagesertrag. Im Schnitt kann mit ca. 40 - 50 l pro Person und Tag gerechnet werden. Inzwischen bietet INTEWA eine Serie von anschlussfertigen Komplettsystemen von 300 (bis zu 6 Personen) bis 48.600 Liter (bis zu > 1000 Personen) Aufbereitungsvolumen pro Tag an. Größere Systeme können modular erweitert werden. Die vorgefertigten Systeme lassen sich sehr schnell und sicher in ein Gebäude einplanen und ermöglichen eine unkomplizierte Montage, die durch jeden Installateur zügig vorgenommen werden kann. Bei der Aufstellfläche kann als Daumenregel mit dem Zweifachen des Tagesvolumens in Quadratmeter kalkuliert werden. Eine Grauwasserrecyclinganlage mit 5 m³ Aufbereitungsvolumen / Tag ist also für ca. 100 Bewohner geeignet und benötigt nur ca. 10 m² Aufstellplatz im Gebäude.
Lohnt sich Grauwasser-Recycling wirtschaftlich?
Durch die doppelte Nutzung des Wassers wird 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 so inzwischen kurze Amortisationszeiten ergeben, die den Einsatz eines Grauwasser-Recyclingsystems zu einer der wirtschaftlichsten Technologien im Bausektor überhaupt machen. Bei Objekten, wie Mehrfamilienhäusern oder Hotels ab ca. 100 Personen, amortisiert sich ein solches System dann bereits innerhalb von weniger als 6 Jahren.
| AL-GW10800 vereinfachte Amortisationsrechnung | |
| Anlagenkosten | ca. 70 T€ |
| Investitionskosten | 70 T€ + ca. 30 % für Installation und Verrohrung = ca. 91 T€ (abhängig vom Gebäude) |
| Betriebs- und Wartungskosten | ca. 0,74 €/m³/day |
| Einsparung | Wassereinsparung = 10,8 m³/Tag x 365 Tage = 3.942 m³/Jahr Einsparung/Jahr bei ca. 6.00 € Wasserkosten (Trink- und Abwasser) = ca. 3.942 m³ x (6.00 € - 0,74 €) = 20.734 €/Jahr |
| Statische Amortisation | ROI = 91 T€ / 20.734 € / Jahr = 4,4 Jahre |
Referenzen
In über 10 Jahren konnten international zahlreiche Erfahrungen mit inzwischen mehreren hundert Grauwassersystemen gesammelt werden, so dass die prinzipielle Eignung dieser Technologie in der modernen Haustechnik nun nicht mehr in Frage gestellt wird.
Hallenbad Alsdorf
Das Bad wird durchschnittlich von 350 Personen täglich benutzt. Das entsprechende Grauwasser aus den Duschen und Waschbecken wird in einem 5000 Liter Innentank aufbereitet und zur Versorgung von 11 Toilettenanlagen genutzt
Regen- und Grauwasserrecycling kombiniert im neuen George Lucas-Museum in Los Angeles
Für dieses großartige neue Museum in Los Angeles, Kalifornien, wird das Regenwasser von den Dächern und das Kondensat im Sommer gesammelt, um es für die Bewässerung, adiabatische Kühlung und Toilettenspülung wiederzuverwenden. Das AQUALOOP - Grauwassersystem ist für eine NSF 350-zertifizierte durchschnittliche tägliche Aufbereitungskapazität von 47.800 Liter pro Tag ausgelegt. Das System sammelt, filtert und speichert auch das aufgefangene Regenwasser auf einer Dachfläche von 89.000 m². Zur Vorfilterung des Regenwassers sind mehrere PURAIN 200 und PURAIN 300 Filter installiert. Überwacht und gesteuert wird die gesamte Anlage mit der I-CONNECT Steuerung. Nach seiner Fertigstellung wird das Museum alle Formen des visuellen Geschichtenerzählens beherbergen, einschließlich Malerei, Fotografie, Skulptur, Illustration, Comic-Kunst, Performance und Video. Es wird derzeit in Los Angeles, Kalifornien, gebaut und soll 2025 eröffnet werden.
Zusammenfassung und Ausblick
Die enorme Bedeutsamkeit und das hohe zukunftsweisende Potential von Grauwasser-Recycling für die Wasserversorgung von Gebäuden sind inzwischen wissenschaftlich anerkannt. Die anschlussfertigen Systembaureihen mit zertifizierter Technologie ermöglichen den sicheren Einsatz für Planer, Installateure und Betreiber. Die meisten Barrieren, die aus der Regenwassernutzung bekannt sind, treffen für das Grauwasserrecycling nicht zu. Allerdings ist der Einsatz dieser Technologie zumeist auf den Neubau oder die Sanierung limitiert. Als größte Hürde sind nämlich die Aufwendungen für das separate Betriebswasser- und Schmutzwassernetz zu nennen. Wenn diese zusätzlichen Leitungssysteme bei der Planung direkt berücksichtigt werden, sind die Zusatzkosten vertretbar. Da größere Systeme inzwischen nicht nur nachhaltig, sondern auch sehr wirtschaftlich sein können, stehen die Tore insbesondere für Neubauten offen, diese Technologie zum Stand der Technik werden zu lassen.
Autor: Oliver Ringelstein, INTEWA GmbH
Zeichen: 15.986 inkl. Leerzeichen
Weitere Informationen:
Virtueller Besuch des 5.400 Liter Demo-Grauwassersystems mit 360° Rundgang: https://building.intewa.net/de/360-ausstellung/grauwasser-recycling-komplettsystem
Basiswissen Wasseraufbereitung: https://wiki.intewa.net/index.php/Wasseraufbereitung_und_Grauwassernutzung
Kostenlose Online Planungstools: https://www.intewa.com/de/unternehmen/service-kontakt/planungshilfen/
Referenzprojekte: https://www.intewa.com/de/referenzen/
Zertifizierungen: https://www.intewa.com/de/downloads/
Weitere Informationen:
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