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-SPECIAL 7-8/2009 WINDHOEK/NAMIBIA: Ultrafiltrations-Membranracks Foto: City of Windhoek Bild 5 fohlen, dem Vorsorgeprinzip folgend den Eintrag dieser Stoffe in mehr oder weniger geschlossene Wasserkreisläufe zu verringern. Angesichts von zunehmender Wasserknappheit und der Vielzahl an Problemstoffen im Wasser wird es für die Wasserbewirtschaftung weltweit eine zunehmend schwierige und anspruchsvolle Aufgabe, ausreichend Wasser in benötigter Qualität zur Verfügung zu stellen. Die Ergänzung der Wasserversorgung durch Erschließung alternativer Wasserressourcen, stellt daher eine wichtige Anpassung an diese Herausforderungen dar. Alternativen zu Grund- und Oberflächenwasser Die Nutzung von aufbereitetem Abwasser kann in diesem Zusammenhang zur Minderung des Frischwasserbedarfs und zur Erweiterung der Ressourcenverfügbarkeit beitragen. Im Mittelpunkt stehen dabei zumeist Nutzungen für Nicht- Trinkwasserzwecke in Industrie und Haushalten oder in der Bewässerung. Aber auch die direkte oder indirekte Nutzung zur Trinkwasserversorgung ist möglich, wenn entsprechend strenge Qualitätsanforderungen, vor allem bei hygienischen Parametern eingehalten werden. Die ungeplante indirekte Wiederverwendung findet ohnehin bereits heute in vielen großen Flusseinzugsgebieten dieser Welt statt: durch die Einleitung von Abwässern in Oberflächengewässer, aus denen wiederum durch Uferfiltration Trinkwasser gewonnen wird. Die gezielte Grundwasseranreicherung mit aufbereitetem kommunalem Abwasser stellt eine besonders viel versprechende Möglichkeit dar, bei der jedoch eine angemessene Grundwasserqualität sichergestellt werden muss. Gleichzeitig bietet sie besondere Vorzüge, da die Bodenpassage einen weiteren bedeutsamen Reinigungsschritt darstellt, der Grundwasserkörper überschüssiges Wasser in Zeiten geringer Nachfrage speichert und die Speicherung im Boden Verluste durch Verdunstung vermeidet. In Regionen mit struktureller Wasserknappheit bildet die Meerwasserentsalzung schon heute einen unverzichtbaren Bestandteil des Wasserressourcenmanagements und deckt große Teile des Trinkwasser- und Bewässerungsbedarfs. Weltweit produzieren mehr als 12.000 Entsalzungsanlagen Süßwasser entwe- der destillativ mit energieintensiven thermischen Prozessen oder Ressourcen schonender durch Membrantechnologie in Form von Umkehrosmose (GWI, 2009, /7/). Derartige Konzepte zur integrierten Wasserbewirtschaftung lassen sich nur mit technischen Innovationen und neuartigen Managementansätzen unter förderlichen rechtlichen und politischen Rahmenbedingungen verwirklichen. Der rechtliche Rahmen Mit der Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) hat die Europäische Kommission im Jahr 2000 die Grundlagen und Prinzipien einer nachhaltigen Wasserwirtschaft neu geordnet. Bis zum Jahr 2015 sollen alle Gewässer einen „guten Zustand“ aufweisen, der sich sowohl auf Wasserqualität als auch auf Wassermenge bezieht. Die Umsetzung der WRRL und der darin vorgeschlagenen konsequenten Anwendung ökonomischer Instrumente soll die Entwicklung hin zu einer wassereffizienten und Wasser sparenden Wirtschaft, als notwendige Voraussetzung für eine erfolgreiche Anpassung an Wasserknappheit und Dürre, vorantreiben. www.wwt-online.de MEMBRANTECHNIK SPECIAL 9
DAS THEMA MEMBRANTECHNIK Möglichkeiten zur Wasserwiedernutzung, nach /3/ Tab. 1 Landwirtschaftliche Bewässerung Bewässerung von Getreide-, Obst- und Gemüsefeldern Gärtnereien Industriepflanzen (nachwachsende Rohstoffe) Landschaftsbewässerung Parks, Grünanlagen, Golfplätze, private Gärten Industrielle Anwendungen Kühlwasser, Kesselspeisewasser, Prozesswasser Die Europäische Kommission vertritt eine klare Priorisierung und Hierarchie der möglichen Maßnahmen, wobei Wassereinsparungen – also Verbrauchsreduktionen – an erster Stelle der nötigen Maßnahmen gesehen werden. Obgleich die Errichtung zusätzlicher Wasserversorgungsinfrastruktur einschließlich Meerwasserentsalzungs- und Abwasserwiederverwendungs-Anlagen kritisch beurteilt wird, sollten diese Optionen auch immer im Zusammenhang mit den besonderen physio-geographischen und klimatischen Bedingungen der Mitgliedstaaten und Regionen gesehen werden. Bild 1 illustriert die Hierarchie der Anpassungs- und Handlungsoptionen sowie einige der zu berücksichtigenden Aspekte bei deren Implementierung. Obwohl Wasserrecycling sowie Meerwasser- und Brackwasserentsalzung eher als letztes Mittel betrachtet werden, haben sich diese Prozesse zu rasch wachsenden Versorgungsalternativen entwickelt, die zuverlässig Wasser liefern – im Gegensatz zu den Talsperren, die auf ausreichende Niederschläge angewiesen und daher besonders gefährdet sind durch die Auswirkungen des Klimawandels. So nimmt die Meerwasserentsalzung inzwischen eine wichtige Position bei der Wasserversorgung ein, vorwiegend im Mittleren Osten, Nordafrika, Nord- und Mittelamerika, Südostasien und Australien (GWI, 2009, /7/), aber auch auf vielen Mittelmeerinseln, den Kanaren und in zunehmendem Maße auch in Südeuropa. Bei diesen Anwendungen kommt Membranprozessen eine zentrale Rolle zu, indem sie Ressourcen nutzbar machen, die aufgrund ihrer Qualität mit herkömmlichen Technologien nicht erschließbar sind, sei es aufgrund ihres Salzgehalts oder unerwünschter Inhaltstoffe wie pathogene Keime und gelöster Verunreinigungen. Herausforderung Die Ergänzung der Wasserversorgung durch Erschließung alternativer Wasserressourcen stellt eine wichtige Anpassungs leistung dar. Wasserrecycling – Nutzung von aufbereitetem kommunalem Abwasser Die Nutzung von aufbereitetem Abwasser stellt eine Möglichkeit zur Minderung des Frischwasserbedarfs und Erweiterung der Ressourcenverfügbarkeit dar. Im Mittelpunkt der Betrachtungen soll hier die Behandlung und Wiederverwendung von kommunalem Abwasser stehen. Im industriellen Bereich ergeben sich ebenfalls zahlreiche Möglichkeiten des Wasserrecyclings. Die möglichen Nutzungen von aufbereitetem Abwasser sind in der Tabelle aufgeführt. Zum Stand der Abwasserwiederverwendung in Europa und weltweit wurde im Rahmen des EU Forschungsprojekts AQUAREC (www.aquarec.org) ein Über blick erarbeitet (Bild 3). Die meisten Behandlungsprozesse für die Aufbereitung von kommunalem Abwasser und für die Wiederverwendung greifen auf konventionelle Abwasserbehandlungstechniken zurück. Während etwa 25 % der Projekte nur eine mechanisch-biologische Kläranlage umfassen, sind etwa 50 % der Projekte mit einer dritten Behandlungsstufe ausgestattet – meist Filtration und Desinfektion. Nur etwa 10 % der Projekte enthalten noch weitergehende Behandlungsverfahren Umwelt-Anwendungen Seen und Teiche, Aufstockung der natürlichen Wasserführung von Fließgewässern, Fischzucht Urbane Nutzung (nicht Trinkwasser) Löschwasser, Reinigungszwecke (z. B. Autowäsche), Toilettenspülung Grundwasseranreicherung Aufstockung der Grundwasserleiter, Zurückdrängen von Salzwasserintrusion Trinkwassernutzung Indirekte Nutzung (durch Einleitung in Talsperre, Fluss oder Grundwasser), direkte Nutzung wie Aktivkohleadsorption, Oxidation oder Membranfiltration. Qualitätsanforderungen für Wasserrecycling Obwohl meist die Nutzungen für Nicht- Trinkwasserzwecke – auch aus Kostengründen – im Mittelpunkt stehen, ist auch die direkte oder indirekte Nutzung zur Trinkwasserversorgung möglich, wenn entsprechend strenge Qualitätsanforderungen eingehalten werden. Dabei folgt die Auswahl der Verfahrenstechnik für die weitergehende Wasseraufbereitung dem Gedanken des Multi-Barrieren-Prinzips, um einen zuverlässigen und sicheren Betrieb der Anlage unter allen Bedingungen zu gewährleisten. Laut Untersuchungen von Higgins et al. /8/ haben die Nutzer von wiedergewonnenem Wasser die stärksten Bedenken aufgrund von möglichen Verunreinigungen mit pathogenen Mikroorganismen wie Bakterien, Viren, Erreger von Wur m - erkrankungen und Protozoen. Es ist bekannt, dass klassische Desinfektionsverfahren nur eine begrenzte Wirkung gegenüber einigen Mikroorganismen wie beispielsweise Cryptosporidium haben (Gennacaro et al. 2003). Ebenso ist die Empfindlichkeit von Viren gegenüber Desinfektionsmitteln nicht vollständig erforscht. Daher ist die Risikobewertung gewissen Beschränkungen unterworfen. Aus Sicht des Arbeitsschutzes und der öffentlichen Gesundheit ist für alle Wasserwiedernutzungen eine weitgehende oder vollständige Entkeimung zu fordern. Dies bedeutet, dass ausgehend von den Konzentrationen im Kläranlagenablauf eine Entfernung in der Größenordnung von 5 bis 7 Log-Stufen zu fordern ist. Da auch die Wiederverkeimung im 10 SPECIAL MEMBRANTECHNIK 7-8/2009
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