Wasser in ausreichendem Maß und hoher Qualität ist für die Bevölkerung und die Wirtschaft ein essenzielles Gut. Durch Klimawandel, steigende Bevölkerungszahlen und zunehmende Industrialisierung verschärft sich jedoch die globale Wasserknappheit, was neue Strategien und oftmals eine Mehrfachnutzung von Wasser erforderlich macht oder sinnvoll erscheinen lässt. Verschiedene Experten gehen davon aus, dass sich dieser Trend weiter fortsetzt bzw. noch verschärfen wird. Unter diesem Aspekt nehmen alternative Wasserressourcen, insbesondere die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser, als Ersatz für Trink- und Grundwässer in ihrer Bedeutung zu.
Im Fokus der wissenschaftlichen und fachlichen Diskussion steht seit geraumer Zeit die Wasserwiederverwendung im landwirtschaftlichen Umfeld. Die im Jahr 2020 verabschiedete EU-Verordnung 2020/741 zum »Water Reuse« ist seit dem 25. Juni 2023 in Kraft. Auf nationaler Ebene steht die Integration in das deutsche Wasserrecht zwar noch aus, die Wiederverwendung von aufbereitetem Abwasser wird jedoch auch für weitere Wirtschaftssektoren von erheblicher Bedeutung werden.
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten Forschungsprojekts SUSKULT entwickelt seit 2019 ein Konsortium aus naturwissenschaftlich-technischen und sozialwissenschaftlichen Disziplinen, Unternehmen sowie gesellschaftlichen Anspruchsgruppen unter der Leitung des Fraunhofer UMSICHT ein »Agrarsystem der Zukunft«. In der auf das Jahr 2050 ausgerichteten Transformation werden Kläranlagen zukünftig zentrale Schnittstellen für die metropolintegrierte Rückgewinnung und Valorisierung von Ressourcen wie Wasser, Stickstoff, Phosphor, Kalium und Energie für die zukunftsfähige und nachhaltige Nahrungsmittelproduktion in Deutschland sein.
Im zurückliegenden Verlauf des Projekts wurde erfolgreich gezeigt, dass Trübwasser kommunaler Kläranlagen nach der Schlammentwässerung eine vielversprechende Ressource für die Rückgewinnung eines flüssigen Mehrkomponentendüngers ist. Der Hauptstrom einer Kläranlage bietet jedoch deutlich größere Rückgewinnungspotentiale, was jedoch mit einer erheblichen Änderung der konventionellen Behandlungsstränge verbunden ist. In bisherigen Analysen der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) wurden verschiedene Transformationsschritte zur Erreichung dieses Ziels betrachtet, beispielsweise die Integration von Nährstoffrückgewinnungsverfahren in Kombination mit Membranen, Adsorption/Desorption oder Ionenaustausch.
In der Folge forscht die IWW Institut für Wasserforschung gGmbH seit August diesen Jahres gemeinsam mit der RPTU an der Aufbereitung des Kläranlagenhauptstroms mittels Membrantechnologie und Nutzung der erzeugten Konzentrate und Filtrate. Im Fokus der Arbeiten am IWW stehen die Aufbereitung mittels Membranverfahren und deren Optimierung, die chemische Qualitäts- und Integritätskontrolle, die Beurteilung mikrobieller Risiken und Wiederverkeimungspotentiale sowie eine Sektoren- und Bedarfsanalyse für die Nutzung des qualitativ hochwertigen Filtrats. Die Arbeiten der RPTU konzentrieren sich auf die Rückgewinnung von Nährstoffen, insbesondere Kalium, aus dem Umkehrosmosekonzentrat und die Abstimmung der Verfahrenskette im Hauptstrom zusammen mit dem IWW. Im Projekt werden diese technologischen Entwicklungen an der RPTU in die Konzeption der Kläranlage der Zukunft und in die Arbeiten zur Transition heutiger Kläranlagen zu Nährstoffzentren einfließen.
»Wir sind sehr froh unsere Expertise an der Schnittstelle von Technologie, Mikrobiologie, Water Reuse und dadurch der Sicherung der Trinkwasserversorgung für die Gestaltung eines visionären Agrarsystems der Zukunft einbringen zu können«, erklärt der Projektleiter am IWW Institut für Wasserforschung, Volkmar Keuter. Das Projekt hat eine Laufzeit bis Ende 2028.