Gegen die Wasserkrise

Weniger Wasser, mehr Schmutz

Mit den schwindenden Wasservorräten tritt noch ein anderer Effekt ein. Der Oberboden und damit der Humus wird leichter verweht, mahnt Scheytt und erläutert: Die Teile des Bodens, die Nährstoffe binden, nehmen ab. Es werden folglich nicht nur mehr Nährstoffe, sondern auch mehr Schadstoffe ins Grundwasser eingetragen. Das Wasser wird weniger und schmutziger. In den Flüssen ist das schon heute bei Niedrigwasser ein Problem, betont Jörg Drewes, Experte für Siedlungswasserwirtschaft von der TU München. Er berechnete, dass gesundheitliche Orientierungswerte für Schadstoffe überschritten werden, wenn aus dem Uferfiltrat von Flüssen bei einem niedrigen Pegelstand Trinkwasser gewonnen wird. Auch wenn die Orientierungswerte lediglich eine Richtschnur sind, bedeutet das, dass mit der Verknappung die Belastung des Wassers steigt.

„Bislang ist es für uns undenkbar, dass nicht jederzeit Wasser hoher Qualität zur Verfügung steht“, sagt Scheytt. „Ich will keine Untergangsszenarien malen, aber das wird in Zukunft nicht mehr uneingeschränkt so sein.“ Zuteilung und Rationierung von Wasser sind dann unausweichlich. Von der Landwirtschaft hängt es ab, ob gar eine Verknappungsspirale in Gang kommt. Bisher werden hierzulande weniger als zwei Prozent der Flächen bewässert. Nehmen die Dürren weiter zu, und die Böden trocknen noch mehr aus, müssen die Bauern mehr und mehr Felder beregnen, um die Ernte zu sichern. „Dadurch wird das Wasser von zwei Seiten in die Zange genommen“, erklärt Scheytt. Seit dem Trockenjahr 2003 dürfen Weinbauern beispielsweise ihre Reben bewässern, was früher verboten war. Und es ist damit zu rechnen, dass sich Nutzungskonkurrenzen häufen.

Abwasser recyceln

Nun müssen die Mittelmeerländer schon lange mit viel weniger Wasser auskommen und betreiben dennoch intensiven Gemüse- und Obstanbau. Von ihnen kann Deutschland lernen. Was sie vor allem anders machen: In den ariden Regionen wird das Abwasser wieder verwendet. „Wasserrecycling“ heißt diese Praxis, die weltweit auf dem Vormarsch ist. „Abwasser ist eine klimaresiliente Ressource. Es fließt immer, wo Menschen sind“, argumentiert Drewes. Israel am östlichen Rand des Mittelmeers etwa hat so wenig Niederschläge und Süßwasservorkommen, dass es bis zu 80 Prozent seiner Abwässer wieder aus den Klärwerken abzweigt. Ähnliche Anstrengungen gibt es auch in anderen Teilen der Welt, zum Beispiel in Aurora im US-Bundesstaat Colorado: Dort fielen die Grundwasserpegel in den letzten Jahren so stark, dass sich die Stadt entschied, das Trinkwasser mit geklärtem Abwasser zu strecken. Und auf der Internationalen Raumstation ist Recycling überlebenswichtig: Die Astronauten trinken ihren gereinigten Urin.

Auch die EU wird künftig nicht um die Wasserwiederverwertung herumkommen. Eine neue Verordnung stellt sie auf eine legale Basis. Ab Juni 2023 gelten einheitliche Mindeststandards. Bauern dürfen künftig geklärte Abwässer auf ihre Felder pumpen und auch Wasser aus Bächen und Flüssen nutzen. Hinter den Kulissen diskutieren Fachleute hierzulande derzeit intensiv, wie das geschehen soll.

Denn es ist nicht trivial, aus Abwasser gesundheitlich unbedenkliches Wasser zu erzeugen. Darin schwimmen nicht nur Süßstoffe, Wirkstoffe von Medikamenten und Reste von Nahrungsergänzungsmitteln, die aus dem Urin der Menschen stammen. Auch Corona-erreger, Salmonellen und Durchfallerreger gibt es in hoher Zahl. In den Klärwerken sinkt ihre Anzahl nur um den Faktor 100 bis 1000.

Blick nach Tunesien

Doch Wassermangel macht erfinderisch. Das zeigt ein Exkurs ins wasserarme Umland von Tunis. Pumpen fördern das Grundwasser dort teils aus sagenhaften 70 Meter Tiefe – in Deutschland reichen wenige Meter. Das brackige Wasser aus der Tiefe ist noch dazu oft versalzen, weil von der Küste her Meerwasser eindringt. Regen fällt nur an wenigen Tagen im Monat. Ausgerechnet in dieser dürren Region entsteht derzeit eine Aquaponik-Anlage mithilfe deutscher Forscher. „Aquaponik“ ist ein Kunstwort aus Aquakultur und Hydroponik. Neben einem

Becken mit Fischen sprießen in Gewächshäusern Tomaten, Gurken und Pflanzen mit Wurzeln in einer Nährlösung. Diese Flüssigkeit speist sich aus dem Wasser des Fischbeckens, das angereichert ist mit ein paar Nährstoffen. Die verbliebene Nährlösung strömt dann wieder zurück in das Fischbecken.

Fische aber sind empfindlich gegenüber Schadstoffen und Keimen. Und Pflanzen verkümmern, wenn das Wasser zu salzig wird. Deshalb ist einiger Aufwand nötig, damit Fische und Pflanzen quasi vom selben Nass leben können. Das Abwasser wird zunächst über einer Fläche versickert. Naturnahe Wasserbehandlung heißt diese Methode, bei der das zu klärende Wasser am oberen Ende eines geneigten Feldes in den Boden rinnt und am unteren Ende wieder aufgefangen wird.

Dabei macht man sich die natürliche Reinigungsleistung des Bodens und der Mikroben in der Erde zunutze. Sie bauen in Gegenwart von Sauerstoff Nährstoffe und auch eine Reihe von Schadstoffen ab. Das allein würde aber nicht genügen, betont Henry Riße vom Forschungsinstitut für Wasser- und Abfallwirtschaft an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule (RWTH) Aachen, der regelmäßig nach Tunis reist.

Antibiotika und Pflanzenschutzmittel kann ein solch naturnahes Verfahren beispielsweise nicht ausreichend entfernen. Auch Viren und Keime könnten danach immer noch in bedenklichen Mengen im Wasser schwimmen. Und die große Fracht an Salz bekäme man ebenfalls nicht in den Griff, befürchtet der Experte. „Aber mit Nanofiltration kommen wir weiter.“ Das vorgereinigte Abwasser wird durch Polymermembranen gedrückt. Damit lässt sich der Salzgehalt um zwei Drittel senken, erklärt Riße, und auch Viren und Keime werden zurückgehalten. „Wir konnten in dem Projekt schon zeigen: Man kann in gereinigtem Abwasser sowohl Fische züchten als auch Gemüse ziehen.“

Neue Technik, neue Probleme

Technik allein ist aber nicht die Lösung allen Wassermangels. Bei der Nanofiltration bleibt ein stark salzhaltiges Konzentrat zurück, in dem immer noch viele Schadstoffe schwimmen. Die ließen sich zum Teil mit einem Aktivkohlefilter abtrennen. Aber was soll mit dem verbleibenden Salzwasser geschehen? Neue Technik wirft neue Probleme auf – besonders in einem Land wie Tunesien, in dem das Geld knapp ist. Immer wieder schalten die Kläranlagen die Pumpen aus, weil die Betreiber den Strom nicht bezahlen können, berichtet Riße. Vielleicht könnten salzliebende Pflanzen, sogenannte Halophyten, in dem salzigen Restwasser wachsen, verrät er eine Idee. Wenn die Ernte für Sushi-Restaurants taugen würde, wäre das fantastisch, findet er. Ausprobiert hat sein Team das aber noch nicht.

Die Arbeiten in Tunis lehren: Wasserwiederverwendung ist auch dann möglich, wenn das Abwasser belastet ist. Aktivkohle bindet organische Schadstoffe und Schwermetalle. Membranen können größere Moleküle wie von Medikamenten, Mineralsalze, aber auch Keime und Viren zurückhalten. Im Zweifel lässt sich das Wasser zusätzlich mit ultraviolettem Licht oder Ozon desinfizieren. Das Problem ist nur, dass jedes Verfahren Geld und Energie kostet.

Auch in Deutschland ist das ein Thema: Derzeit werden immer mehr Klärwerke mit einer vierten Reinigungsstufe gegen Arznei- und andere Spurenstoffe ausgerüstet. Das erhöht den Energiebedarf der Anlagen um bis zu 30 Prozent. Der Preis für das Trinkwasser steigt. Und es entstehen neue Abfälle: verschmutzte Aktivkohlefilter, die gewartet, oder hochkonzentrierte Abwässer, die weiterverarbeitet werden müssen. Der unliebsame Klärschlamm bekommt Geschwister.

Not macht Mikroben erfinderisch

Händeringend werden deshalb Verfahren gesucht, die Wasser wirksam reinigen und nicht zu viel kosten. Per Zufall entdeckte Drewes eine solche Methode vor wenigen Jahren in den USA. „Wir wollten eigentlich beweisen, dass die biologische Behandlung bei schwer abbaubaren Schadstoffen nichts bringt. Und dann stießen wir auf etwas ganz Neues“, berichtet er. Gibt man den Mikroben im Klärwerk genügend Zeit und fügt frischen Sauerstoff hinzu, geschieht etwas Bemerkenswertes: Wenn die meisten organischen Substanzen im Wasser aufgezehrt sind, geraten die Mikroben unter Selektionsdruck und rüsten ihre Enzyme so um, dass sie die schwer abbaubaren Substanzen doch vertilgen. Die Reinigungsleistung der Natur lässt sich quasi trimmen.

Drewes hat das Konzept der intensivierten biologischen Abwasserbehandlung auf der Insel Baumwerder bei Berlin ausprobiert und ist seither von seinem „SMART-Verfahren“ überzeugt. Die Abkürzung steht für „Sequential Managed Aquifer Recharge Technology“, auf Deutsch: Technologie der sequenziell gesteuerten Grundwasseranreicherung. „Die Technik erzeugt keine Reststoffe wie beim Einsatz von Aktivkohle und braucht auch viel weniger Energie als der Betrieb einer Ozonanlage“, sagt Drewes. „Der Prozess läuft kostenlos. Man benötigt nur Fläche und einen steten Abwasserstrom, weshalb das Verfahren vor allem für kommunale Klärwerke infrage kommt.“

Praktisch läuft der biologische Abbau der Spurenstoffe so ab: Das konventionell geklärte Abwasser wird über einer Fläche versickert und dann wieder nach oben gepumpt. Während der ersten Passage verdauen Mikroorganismen die leicht abbaubaren organischen Schadstoffe. Dann nimmt das Abwasser an der Luft Sauerstoff auf und wird anschließend ein zweites Mal versickert. Die Mikroorganismen ernähren sich nun notgedrungen von den schwer abbaubaren Substanzen. In weniger als 13 Stunden lasse sich das Wasser genauso effektiv reinigen wie mit Aktivkohle, sagt Drewes. Die Methode entfernt erstaunlicherweise auch Keime, da die Bakterien mangels Nahrung erst die Viren und sich dann gegenseitig fressen, berichtet er.

Mittlerweile konnte der Münchner Abwasserexperte das Verfahren auch in einem Reaktor anwenden. Ein poröses Granulat darin vergrößert die Oberfläche zwischen Abwasser und Luft. Über eine gasdurchlässige Membran strömt Sauerstoff ein. Kommunen, die keine Flächen zum Versickern zur Verfügung hätten, könnten das SMART-Verfahren damit in Gebäuden verwirklichen, hofft Drewes.

Um Abwasser direkt in Trinkwasser zu verwandeln, reiche die neue Methode allein aber nicht aus, räumt er ein. In der US-Stadt Aurora kombiniert man sie mit Desinfektion unter UV-Licht und mit Zugabe von Wasserstoffperoxid. Danach folgen noch zwei Aktivkohlereinigungsstufen. Das ist nötig, denn zum einen entfernt keine Stufe einen Schadstoff zu 100 Prozent. Die Eliminationsraten schwanken je nach Substanz zwischen 30 und 90 Prozent. Zum anderen braucht es für die Bereitstellung von Wasser höchster Güte – nämlich Trinkwasser für den Menschen – eine Kombination von Reinigungsverfahren, um auf der sicheren Seite zu sein, wenn eine Stufe nicht richtig funktioniert.

EU-Vorgaben nicht strikt genug?

Doch weil die Wasserwiederverwendung aufwendig ist und Risiken birgt, regt sich hierzulande Skepsis. Das Umweltbundesamt in Dessau etwa hält die Vorgaben der EU-Verordnung für nicht strikt genug – und verweist auf bisherige Erfahrungen. Denn in zwei Gegenden in Deutschland verwenden Landwirte auf Grundlage einer kommunalen Sonderregelung bereits seit Jahren geklärtes Abwasser.

Um Braunschweig sind die Böden sandig und halten nur wenig Feuchtigkeit. Regen fällt seltener als sonst im Land. Deshalb pumpt das Klärwerk Steinhof seit Jahren sein geklärtes Abwasser auf 2700 Hektar an Feldern. Das entspricht etwa einem Drittel der Fläche der Stadt Passau mit mehr als 50.000 Einwohnern. Auch im Umland der Stadt Wolfsburg ziehen Bauern Mais und Getreide für Biogasanlagen mit Wasser aus einem Klärwerk. Obst und Gemüse durften bisher auf solchen Flächen nicht wachsen – die neue EU-Verordnung wird das erlauben.

2017 berichtete der Niedersächsische Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz, dass im Grundwasser Arzneimittelreste und Röntgenkontrastmittel schwimmen. Vielerorts würden die gesundheitlichen Orientierungswerte überschritten, sodass Risiken für den Menschen nicht ausgeschlossen seien. Darunter waren neben vielen anderen Medikamenten ein Hormon aus der Antibabypille, Betablocker, Antibiotika und Chemotherapeutika. Auch zwei Trinkwasserbrunnen seien bereits mit dem Röntgenkontrastmittel Diatrizoat verseucht. „Die Belastung der Trinkwasserbrunnen hat begonnen“, konstatierte die Behörde düster.

Flüsse aus Abwasser

Fachleute erstaunt das nicht. Denn eines ist klar: Geklärtes Abwasser ist bei aller Technik nie so rein wie Quell- oder Grundwasser. Und noch eine andere Gefahr sieht selbst der Fürsprecher des Wasserrecyclings Jörg Drewes: Im späten Frühjahr und in den Sommermonaten führen die meisten Flüsse hierzulande wenig Wasser. Ein erklecklicher Anteil davon ist geklärtes Abwasser. Zwischen 10 und 20 Prozent sind es in der warmen Jahreszeit durchschnittlich, rechnete Drewes im Auftrag des Umweltbundesamts aus. In der Nähe von Städten liegen die Anteile noch deutlich darüber. So stellte das Team um Dörthe Tetzlaff vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei in Berlin fest, dass die Flüsschen Panke und Erpe, die durch Berlin fließen, im Sommer fast nur geklärtes Abwasser befördern.

Wenn dieses Abwasser direkt abgezweigt wird, weil Menschen es brauchen, wie viel Wasser strömt dann noch in Deutschlands Flüssen? Das ist für Drewes die Gretchenfrage. Geschicktes Management der Wiederverwendung sei vonnöten, damit die Ströme des Landes nicht zu Rinnsalen verkümmern, auf denen weder Schiffe fahren noch Wasservögel brüten können.

Wasserwiederwendung schließt den Kreislauf der Natur kurz. Statt Verdunstung, Niederschlag und Einsickern ins Grundwasser abzuwarten und von dort Trinkwasser zu fördern, zwacken die Menschen es am Klärwerk für ihre Zwecke ab. „Daran kommen wir nicht vorbei“, meint Scheytt. „Aber wir müssen auch die enormen Ökosystemleistungen der Natur pflegen: Alles, was nicht im Wasser landet, muss auch nicht mehr daraus entfernt werden.“ Wenn die Menschen nicht lernen, sorgsamer mit Wasser umzugehen, droht dessen Wiederverwendung zum Downcycling der lebenswichtigen Ressource zu werden.

Menschen orientieren sich bei Entscheidungen an den Erfahrungen anderer. Dieses als „Social Proof“ bekannte psychologische Phänomen…