Wasserknappheit ist ein drängendes globales Problem, von dem allein 2019 38 % der europäischen Bevölkerung betroffen waren. Aber was wäre, wenn wir industrielles Abwasser in eine wertvolle Ressource verwandeln könnten? Hier kommen sogenannte „wassersmarte industrielle Symbiosen (WSIS)“ ins Spiel: In diesem Ansatz arbeiten Industrie und Wasserwirtschaft zu ihrem gegenseitigen Vorteil zusammen, um Wasser, Materialien und Energie zurückzugewinnen und wiederzuverwenden, um die Abhängigkeit von knappen Süßwasserressourcen deutlich zu reduzieren.

Unsere jüngste Studie “Innovative pre-treatments for reverse osmosis to reclaim water from biotech and municipal wastewater for the industrial symbiosis in Kalundborg” (Dänemark) untersuchte das Potenzial von WSIS, indem innovative Verfahren zur Behandlung von kommunalem Abwasser für die industrielle Wiederverwendung getestet wurden. Ein Pilotprojekt evaluierte unterschiedliche Membrantechnologien, um hochwertiges Wasser für industrielle Kühlsysteme bereitzustellen.

Was unsere Forschung besonders macht, ist die komplexe Mischung der behandelten Abwässer. Die Kläranlage in Kalundborg verarbeitete nicht nur kommunales Abwasser, sondern auch vorbehandeltes Industrie- und Kraftwerksabwasser. Das führte zu einem hochkomplexen Abwasser mit erhöhten Konzentrationen bestimmter Stoffe, was die Grenzen bestehender und neuer Wasseraufbereitungstechnologien auf die Probe stellte.

Um diese Herausforderung zu bewältigen, konzentrierte sich die Studie auf drei Arten von Membranen, die als Vorbehandlungsschritte für die Umkehrosmose eingesetzt wurden, um Verunreinigungen und Fouling zu minimieren: Ultrafiltration (UF), eine neuartige ultra-dichte UF und Nanofiltration (NF).

Trotz ihrer größeren Poren erzielte die konventionelle UF-Membran mit einer Wasser-Rückgewinnungsrate von 87 % und minimalem Energieverbrauch die besten Ergebnisse. Während die ultra-dichte UF und die NF-Membranen spezifische Verunreinigungen besser entfernten, konnten sie mit der Gesamteffizienz der UF nicht mithalten.

Doch die Leistung der Membranen war nicht der einzige Erfolgsfaktor. Ein hartnäckiges Problem bleibt die Biofouling-Bildung, also die Ansammlung von Mikroorganismen auf den Membranen. Selbst die dichteren Membranen konnten Biofouling nicht vollständig verhindern. Eine praktikable Lösung war der Einsatz von Bioziden, während eine zusätzliche UV-Behandlung eine umweltfreundliche Alternative darstellte.

Die Studie beschränkt sich nicht auf technische Leistungen, sondern untersucht auch die ökologischen Auswirkungen mittels einer Lebenszyklusanalyse. Der Wasseraufbereitungsprozess wurde mit zwei Alternativen verglichen: der Nutzung von Frischwasser aus einem nahegelegenen See und der Meerwasserentsalzung.

Die Ergebnisse:

• Die Nutzung von Seewasser hatte den geringsten CO₂-Fußabdruck, belastete jedoch die lokalen Wasserressourcen.

• Meerwasserentsalzung verursachte den höchsten CO₂-Fußabdruck, beeinträchtigte jedoch keine lokalen Wasservorkommen.

• Weitergehende Abwasseraufbereitung bot eine ausgewogene Lösung zwischen Energieverbrauch, CO₂-Emissionen und Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit.

Ein kritischer Punkt war die Behandlung des Umkehrosmosekonzentrats (Brine). Die Behandlung des Konzentrats erhöhte den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen erheblich und verdeutlicht die Bedeutung einer ganzheitlichen Betrachtung des Wasseraufbereitungszyklus, um nachhaltige Lösungen zu entwickeln.

Unsere Forschung zeigt, dass sogar komplexes kommunales Abwasser, gemischt mit Industrieabwässern, so aufbereitet werden kann, dass es als hochwertiges Wasser für industrielle Zwecke wiederverwendet werden kann. Solche Methoden könnten es Industrien in wasserarmen Regionen ermöglichen, ihre Abhängigkeit von Frischwasser drastisch zu reduzieren.

Die Studie verdeutlicht jedoch auch, wie komplex die Suche nach der nachhaltigsten Lösung ist. Der beste Ansatz hängt von lokalen Bedingungen, verfügbaren Wasserquellen und dem regionalen Energiemix ab. In manchen Fällen ist Wasseraufbereitung die optimale Wahl, in anderen könnten Meerwasserentsalzung oder eine sorgfältige Bewirtschaftung lokaler Wasserressourcen nachhaltiger sein.

Die wichtigste Erkenntnis unserer Forschung: Wir verfügen über die Technologie, um Abwassersysteme in zirkuläre Wassersysteme zu verwandeln, bei denen Abwasser nicht als Abfall, sondern als Ressource genutzt wird. Angesichts von Klimawandel, Bevölkerungswachstum und steigender industrieller Aktivitäten könnten solche wassersmarten industriellen Symbiosen nachhaltiges Wassermanagement für Industrie und Gemeinden sicherstellen.

Unsere Studie leistet einen Beitrag zum Verständnis von weitergehender Abwasseraufbereitung und unterstreicht die Bedeutung innovativer, standortspezifischer Lösungen. Indem wir Abwasser in eine Ressource verwandeln, kommen wir einer Zukunft näher, in der Wasser trotz wachsender globaler Herausforderungen nachhaltig bewirtschaftet wird.

Hier geht's zur Publikation!