TGA Sanitätechnik

TGA Ausgabe 05-2018
Häusliches Abwasser als Ressource

Aquaponik in Berlin nutzt Grauwasser

Abwasser ist ein Wasser-, Energie- und Rohstofflieferant. Das wissen die Betreiber von kommunalen Kläranlagen ganz genau und ziehen aus diesem Umstand zunehmend Nutzen. Dass das Recycling allerdings auf Gebäude- und Quartiersebene noch deutlich sinnvoller und effektiver ist, beweist der seit mehr als 30 Jahren andauernde Langzeittest im Block 6 in Berlin-Kreuzberg – aktuell um Fischzucht und Gemüseanbau (Aquaponik) ergänzt.

Kompakt informieren

1987 wurden beim Neubau der Mehrfamilienhäuser von Block 6 in Berlin-Kreuzberg Leitungssysteme für Schwarzwasser, Grauwasser, Trinkwasser und Betriebswasser (WC-Spülung) installiert.

In die damals errichtete Pflanzenkläranlage wird heute zur Verdunstung Niederschlagswasser eingeleitet, der Überlauf versickert. 2007 wurde ein neues Betriebsgebäude errichtet, in dem Aufbereitungsanlagen auf der Basis biologischer Prozesse für Grauwasser und Schwarzwasser (seit 2014) untergebracht sind.

In einer 2014 errichteten Versuchsanlage wird das Recyclingwasser für Fischzucht und Gemüseanbau verwendet und an der Wiederverwendung des Schwarzwassers zum Düngen und Bewässern von Gemüsekulturen geforscht.

Das „Integrierte Wasserkonzept“ im Block 6 wurde als Projekt der Internationalen Bauausstellung Berlin 1987 entwickelt, beforscht und dokumentiert. Ab 1993 verwahrloste die Anlage wegen technischer Probleme und unwirtschaftlicher Betriebsweise. Die Revitalisierung gelang 2007. 2009 war das Wasserkonzept für Block 6 Preisträger des deutschlandweiten Wettbewerbs „365 Orte im Land der Ideen“.

Langzeittest seit mehr als 30 Jahren

Ziel des Landes Berlin war es, im Einvernehmen mit dem Eigentümer den Bestand als technisches Denkmal für Stadtökologie und umweltgerechtes Bauen zu sichern und zu optimieren sowie die Betriebsführung unter wirtschaftlichen Bedingungen zu ermöglichen. In die ursprüngliche Pflanzenkläranlage wird seither das auf dem Gelände anfallende Niederschlagswasser eingeleitet, um zu verdunsten, der Überlauf versickert. Für das Abwasserrecycling wurde 2007 ein Betriebsgebäude erstellt Abb. 1, in dem Abflüsse von Badewannen, Duschen und Handwaschbecken sowie Waschmaschinen und Küchenspülen (Grauwasser) von 250 Bewohnern umliegender mehrgeschossiger Wohnhäuser (Dessauer Str. / Bernburger Str., 10963 Berlin) aufbereitet werden Abb. 2 Abb. 3.

Im Jahr 2014 kam eine Versuchsanlage hinzu, die im Innenhof des Blocks 6 in einem Gewächshaus das Recyclingwasser für Fischzucht und Gemüseanbau verwendet. Zusätzlich wird an der Wiederverwendung des Abwassers von Toiletten (Schwarzwasser) zum Düngen und Bewässern der Gemüsekulturen geforscht. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt „Roof Water-Farm“ sucht Antworten auf Fragen, wie in Großstädten trotz begrenzter Ressourcen das Potenzial an Dachflächen und Wasser besser als bisher genutzt werden kann.

Abwasser zur Lebensmittelproduktion

Fisch- und Gemüsezucht in der City mit Recyclingwasser? Fäkalien der Stadtbewohner wurden bis zur Einführung der Kanalisation als Düngemittel aufs Land transportiert, Lebensmittel werden bis heute in großem Umfang in die Stadt hineingefahren. Nahrungsmittel zu produzieren war für Jahrhunderte ein Privileg der „Land“-Wirtschaft.

Das könnte sich ändern, wenn die Kreislaufwirtschaft im Sinne der ressourcenschonenden regionalen Wertschöpfung in der Stadt Fortschritte macht. Gemüseanbau in der Stadt ist unter dem Namen Urban Gardening bekannt, aber auch belächelt worden. Zu Unrecht, wie das Berliner Modellvorhaben „Roof Water-Farm“ im Block 6 zeigt. Die vier Jahre dauernde Förderung war Teil des Programms „Forschung für Nachhaltige Entwicklungen“ (FONA). Speziell ging es um „Intelligente und nachhaltige Infrastruktursysteme für eine zukunftsfähige Wasserversorgung und Abwasserentsorgung“ (INIS).

Sämtliches Abwasser wird in biologischen Prozessen aufbereitet und wiederverwendet. Die Recyclinganlage liefert ohne Einsatz chemischer Mittel Badegewässerqualität Abb. 4 Abb. 5. Und diese Qualität kommt den Fischen zugute, die sich im Gewächshaus im Recyclingwasser tummeln. Deren Ausscheidungen sind Dünger für die Pflanzenzucht. Das hat System – es ist die Kombination von Aquakultur und Hydroponik, die sogenannte Aquaponik. Ponik / Ponos bedeutet im Altgriechischen Arbeit, gemeint ist hier die Arbeit des Düngens, die nun das Wasser übernimmt.

Dünger ist ausreichend vorhanden

Neben dem Fischbecken stehen im Gewächshaus Pflanztische mit Töpfen ohne Erde. Die Wurzeln ragen in das durchfließende Wasser, dem Ablauf der Aquakultur – also des Beckens, in dem Schleien und Afrika-Welse gezüchtet werden. So wird der Fischkot als willkommener Dünger für Endiviensalat und Pak-Choi-Kohl in gelöster Form gleich mitgeliefert Abb. 9.

Durch den ständigen Kreislauf sinkt der Wasserstand bei den Fischen. Der Ausgleich dafür kommt aus dem letzten Behälter der Grauwasseranlage. Das dort lagernde glasklare Betriebswasser wird einerseits zur Toilettenspülung in den 73 Haushalten des Blocks 6 genutzt, andererseits zur Versorgung der Aquakultur. Man könnte es auch so ausdrücken: Aquaponik = Betriebswasser aus Grauwasser + Aquakultur + Hydroponik.

Ein weiterer Pflanztisch im Gewächshaus erhält das Betriebswasser direkt, ohne Umweg über die Fischzucht. Damit fehlt der tierische Dünger. Dieser wird ersetzt durch einen Flüssigdünger, erzeugt in der zweiten Abwasserrecycling-Straße Abb. 8 des Blocks 6. Hier entsteht aus dem Schwarzwasser von 50 Bewohnern Flüssigdünger – sogenanntes Goldwasser, hausintern aufbereitet und bei der Bewässerung zugesetzt. Er enthält unter anderem die für Pflanzenwachstum unerlässlichen Elemente Stickstoff, Phosphat und Kalium. Kurz gefasst: System Hydroponik = Betriebswasser aus Grauwasser + Flüssigdünger aus Schwarzwasser.

Zwischenergebnisse der Forscher belegen, dass die Qualität der Aquaponik-Produkte als Nahrungsmittel unbedenklich ist; und dass mit einem 400 m2 großen Gewächshaus 70 Bewohner eines mehrgeschossigen Wohnblocks 80 % ihres Bedarfs an Fisch, Gemüse und Obst decken könnten.

Block 6 hat doppelte Leitungsnetze

Der Block 6 in Kreuzberg bot sich für derlei Versuche an, denn die (für die Verwertung interessanten) Wasserströme wurden hier getrennt. Im Jahr 1987 wurden beim Bau der Häuser bewusst je zwei Leitungssysteme für die Wasserver- und -entsorgung installiert. Konkret ist außer der Sammelleitung für das Schwarzwasser ein Rohrsystem vorhanden, das nur Grauwasser aufnimmt. Und neben den Leitungen zu den Verbrauchsstellen für Trinkwasser existieren separate Rohre zur Versorgung der Toilettenspülkästen mit Betriebswasser aus aufbereitetem Grauwasser.

„Die Investition in doppelte Leitungsnetze kostet erst einmal, bevor mit Gebühreneinsparungen, Wärmerückgewinnung und Flüssigdünger an eine Amortisation zu denken ist“, sagt Erwin Nolde. Der Umweltingenieur ist Geschäftsführer von Nolde und Partner und betreut neben anderen Grauwasseranlagen in Deutschland auch das Wasserrecycling im Block 6. Die Optimierung und Umgestaltung des Grau- und Regenwasserkonzepts 2006/07 ging auf seine Planung zurück.

Der reibungslose Betrieb ist seiner regelmäßigen Inspektion und Wartung zu verdanken. „Eigentlich fehlt nur die Wärmerückgewinnung – die haben wir erst 2012 beim Neubau eines Mehrfamilienhauses am Berliner Arnimplatz mit ins Programm genommen“ gesteht der Pionier. „Seither planen, bauen und betreiben wir klimapositive Grauwasserrecyclinganlagen und tragen damit deutlich zur CO2-Reduktion bei.“

Noldes Spezialität ist der objektspezifische Anlagenbau – in Zusammenarbeit mit Rudi Büttner und dessen Firma Lokus. Beide bevorzugen für die Grauwasseraufbereitung das Wirbelbettverfahren, welches wenig Energie und auch wenig Wartung benötigt und sich seit mehr als 15 Jahren als sehr robust erwiesen hat – selbst dann, wenn seitens der Mieter versehentlich Wandfarbe und Desinfektionsmittel eingeleitet wurden.

Seit 2011 wenden Nolde und Büttner in der Abwasseraufbereitung das Prinzip „Internet of Things“ (IoT) an. Die Anlagensteuerung „kontrolliert sich selbst“ und meldet Unregelmäßigkeiten per E-Mail oder SMS an den Betreiber. Die vernetzten Geräte stellen über das Internet eine Schnittstelle zur Verfügung, über die sie sich von einem beliebigen Ort aus bedienen und steuern lassen. Dadurch, so Nolde, konnten die Recycling-Erträge deutlich erhöht und der Wartungsaufwand gesenkt werden.

Und wer sind die typischen Auftraggeber? Grauwasserrecycling ist insbesondere dort lukrativ, wo viele Bewohner in mehrgeschossigen Gebäuden untergebracht sind, zum Beispiel in Hotels, Wohnheimen und im mehrgeschossigen Wohnungsbau. Das separat gesammelte Grauwasser dient den 250 Bewohnern im Block 6 in Berlin-Kreuzberg nach Aufbereitung innerhalb des Gebäudes als Betriebswasser für die Toilettenspülung – und hilft ihnen so, etwa ein Drittel der Trink- und Abwassergebühren zu sparen.

Grauwasserreinigung ohne Zusätze

Bei der Wirbelbettanlage im Berliner Block 6 durchläuft das Grauwasser neun Reinigungsstufen, bevor es glasklar im letzten Behälter als Betriebswasser für die weitere Verwendung lagert. Die besondere Herausforderung bei diesem Objekt ist laut Nolde die hohe Belastung mit organischem Material, da im Gegensatz zu heute üblichen Grauwassersystemen hier zusätzlich Waschmaschinen und Küchenspülen angeschlossen sind.

Partikel werden gleich zu Beginn des Reinigungsprozesses herausgesiebt. Erwünschte biologische Abbauprozesse kommen durch Belüftung des Wassers in Gang. Als Folge setzt sich Schlamm am Behälterboden ab, der periodisch abgelassen wird. Die hydraulische Aufenthaltszeit beträgt je nach Belastung etwas mehr als 24 h. Wenn die Bedingungen stimmen, übernehmen Mikroorganismen, die sich von selbst in der Anlage ansiedeln, die Arbeit der Reinigung. Sandfilter und UV-Licht-Desinfektion sind die letzten Aufbereitungsschritte.

Eine Zugabe biologischer oder chemischer Stoffe ist nicht erforderlich. Einige der Behälter haben kleine Zapfventile, aus denen Wasserproben zur Analyse gezogen werden können. Besucher erhalten von Nolde üblicherweise an der letzten Station der Prozesskette, dem Betriebswassertank, ein Glas gezapft – nicht zum Trinken, aber zum optischen und olfaktorischen Begutachten. Das Wasser ist, für Laien erstaunlich, frei von Geruch und glasklar. Die jahrelangen Untersuchungen im Rahmen der Forschungsprojekte bestätigen diesen subjektiv gewonnenen positiven Eindruck. Das Betriebswasser im Block 6 hat Badegewässerqualität. Deshalb darf es über die Toilettenspülung hinaus auch für die „Roof Water-Farm“ Abb. 7 verwendet werden.

Literatur

[1] fbr-Hinweisblatt H 202 Hinweise zur Auslegung von Anlagen zur Behandlung und Nutzung von Grauwasser und Grauwasserteilströmen. Darmstadt: Hrsg.: Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung (fbr), Oktober 2017

[2] König, Klaus W.: Grauwassernutzung – ökologisch notwendig, ökonomisch sinnvoll. Troisdorf: Fachbuch mit farbigen Abbildungen, 1. Auflage, 130 Seiten, Verlag: iWater Wassertechnik, 2013

[3] Nolde, E.: Getrennte Erfassung von Grauwasser. Ein Weg zu mehr Ressourceneffizienz in der Siedlungswasserwirtschaft. Darmstadt: Hrsg.: Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung (fbr), fbr-wasserspiegel Ausgabe 1/2017

[4] Präsentation des Wasserkonzepts Block 6 im Rahmen des „Ökologischen Stadtplans Berlin“ (2017): www.stadtentwicklung.berlin.de/oekologischer-stadtplan

[5] Präsentation des Wasserkonzepts Block 6 im Rahmen des „Roof Water-Farm“-Forschungsprojekts: www.roofwaterfarm.com

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Aquaponik in Berlin nutzt Grauwasser
  2. Teil: Ökologisches Gesamtkonzept im Block 6
  3. Teil: Mögliche Grauwasser-Verfahren
  4. Teil: Betriebswasser aus Regen- und Grauwasser
  5. Teil: Dipl.-Ing. Klaus W. König
  • 2  Schema des mehrstufigen Reinigungsverfahrens für Grauwasser im Block 6, seit 2007 im Betriebsgebäude untergebracht.

  • 3  Mehrstufige Aufbereitungsanlage für Grauwasser im Block 6, seit 2007 im Betriebsgebäude untergebracht.

  • 4  Häusliches Abwasser als eine Ressource für Wasser, Energie und Nährstoffe (grün markiert sind die höchsten Recyclingpotenziale). Untersuchungen von Nolde & Partner sowie Berechnungen, basierend auf: Neuartige Sanitärsysteme – Weiterbildendes Studium „Wasser und Umwelt“. Bauhaus-Universität Weimar, 2009.

  • 5  Typische Zulauf- und Ablaufkonzentrationen der Grauwasser-Recyclinganlage im Block 6 im Vergleich zu üblichen Konzentrationen von Berliner Großkläranlagen.

  • 6  Versickerungsmulde für Regenwasser im Innenhof des Blocks 6 in Berlin-Kreuzberg.

  • 7  Gewächshaus der „Roof Water-Farm“ im Block 6 aus dem Jahr 2014. Fischzucht als Aquakultur und Gemüseanbau als Hydroponik in Verbindung mit Abwasserrecycling.

  • 8  Mehrstufige Aufbereitungsanlage für Schwarzwasser im Block 6, seit 2014 im Betriebsgebäude untergebracht.

  • 9  Im Gewächshaus der „Roof Water-Farm“ stehen Pflanztische für Hydroponik. Die Wurzeln ragen in das durchfließende Wasser, dem Ablauf der Aquakultur – also des Beckens, in dem Schleien und Afrika-Welse gezüchtet werden. So wird der Fischkot als willkommener Dünger für Endiviensalat und Pak-Choi-Kohl in gelöster Form mitgeliefert.

Nolde + Partner

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