Dr.-Ing. Gerhard Schories: WATERBIOTECH – Wassermanagement bis zum letzten Tropfen

Afrikas Wasserressourcen sind be­­gren­­zt und hängen überwiegend von klima­­­tischen Faktoren ab, hauptsächlich vom Niederschlag und den allgemeinen Wet­­terbedingungen. Verfügbare Wasser­­men­­gen sind meist von schlechter Qualität und beeinträchtigen die Gesundheit der Menschen und die landwirtschaftliche Pro­­­­­duktionsqualität.

Zudem erhöht der Klimawandel das Pro­­­blem der Verfügbarkeit von Wasser und dessen Zugänglichkeit. Tatsächlich hängt die Wasserverteilung in vielen Teilen Afri­­kas stark von Klimaschwankungen ab und ist durch komplexe Strukturen und gegensätzliche Modelle geprägt – von wichtigen Regenfällen in den Zonen ent­­lang des Äquators bis hin zu extremer Dürre in der Sahara. Nordafrika ist die Region, die am meisten mit dem Wasser­­mangel zu kämpfen hat. Weniger als ein Prozent der erneuerbaren Wasser­res­sour­cen des Kontinents muss für ein Gebiet ausreichen, das 19 Prozent der Fläche von Afrika ausmacht. Die Regenfälle beeinflus­­sen zudem die Grundwassermengen, auf die viele afrikanische Länder angewiesen sind. Das Grundwasser wird in vielen Ge­­­bieten für den häuslichen Bedarf und in der Landwirtschaft genutzt, vor allem in den wasserarmen Regionen, in denen Ober­­flächenwasserressourcen begrenzt sind. Auch hier wirkt der Wassermangel be­­­­­­­­­- drohlich, da das Wasser viel schneller ent­­­nommen wird als es sich wieder auffüllt.

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Die Bereitstellung adäquater Wasser­res­­sour­cen für Afrika ist eine große Heraus­­forderung. Die Symptome physischer Was­­­ser­­­­knappheit mehren sich und rufen schwere Umweltschäden hervor: Austrock­nung und Verschmutzung von Flüssen, sinken­­de Grundwasserpegel und schlechte Was­­serverteilung. Dies steigert die Konflikte innerhalb und zwischen den Nationen.

Wasserverfügbarkeit und Nahrungs­mittel­­sicher­­heit sind untrennbar miteinander verbunden. Sie beeinflussen den Wohl­­stand der Menschen auf der ganzen Welt und sind in Afrika besonders entscheidend. Die Pro­­duktivität der Landwirtschaft hängt ent­­schei­­dend von der Verfügbarkeit von Was­­ser für die Bewässerung ab. Es muss deut­­lich gemacht werden, dass die Wieder­­auf­­bereitung und Wiederverwendung von Ab­­­­wasser in Kombination mit einer effizienten Nutzung von Wasser die einzige nach­­haltige Möglichkeit ist, das Wasser­­­problem in den wasserarmen Regionen Afrikas zu lösen.

In den letzten Jahren haben die afrikanischen Regierungen vor allem in den nörd­­­­­­lichen Ländern damit begonnen, der Wasser­­ problematik mehr Aufmerksamkeit zu widmen. Allerdings wurden bis jetzt, haupt­­sächlich aufgrund der kostspieligen Tech­­nologien und des Wissenstransfers im Wasseraufbereitungssektor, nur einige wenige Maßnahmen durchgeführt. Die Wie­­derverwendung von aufbereitetem Ab­­wasser in der Landwirtschaft und in der Industrie bietet großes Potenzial, die Knapp­­heit an wertvollen Frisch­wasser­­ressou­r­cen auf zweierlei Arten zu reduzieren: Ver­­meidung von Verschmutzung und Redu­­zierung des Verbrauchs.

In den letzten Jahren lagen konventionelle Abwasseraufbereitungsanlagen im Trend. Allerdings können sich Entwick­lungs­­länder die hohen Energiepreise und Betriebskosten für fortschrittliche und spezialisierte Systeme, die noch dazu geschultes und qualifiziertes Personal benötigen, nicht leisten. Das hat zur Folge, dass in den meisten Regionen Afrikas ein Großteil des häuslichen und industriellen Abwassers unbehandelt oder nur nach einer ersten Behandlung abge­­­leitet wird. Dies zieht direkte Gesund­heits- und Umweltschäden mit sich. Die traditionellen Abwasserauf­bereitungs­tech­nologien in Afrika, sofern diese ge­­nu­t­zt werden, sind weit von der optimalen Wasseraufbereitung entfernt. Die Wie­­der­­verwendung von Wasser, das eine solche Qualität aufweist, ist unmöglich. Diese Situation hat Experten und Behörden mo­­tiviert, nach kreativen, effizienten und umweltfreundlichen Wegen zur Kon­trol­le der Wasserverschmutzung zu suchen. Die Entwicklung von einfachen, leicht zu bedienenden und kosteneffizienten bio­­technologischen Wasserauf­be­rei­tungs­tech­nologien ist für die afrikanischen Länder von besonderem Interesse. Biotechno­lo­gische Methoden basieren auf Pflanzen oder Mikroorganismen, die Verunreini­gun­gen in Wasser, Böden, Sedimenten und Schlamm entgiften können.

Durch aktuelle Forschungen in der Bio­­technologie ergeben sich neue Möglich­keiten. Biotechnologien für die Abwasser­­auf­­bereitung erfordern einen relativ ge­­ringen Kapitaleinsatz, sofern die dafür not­­wendige Fläche zu einem akzeptablen Preis verfügbar ist. Die Anlagen sind einfach instandzuhalten und können auch schwankende Massen handhaben. All die­­se Faktoren sowie die Fähigkeit, organische Verschmutzung, Nährstoffe und die Konzentration von Krankheitserregern merk­­­lich zu reduzieren, machen diese Alter­­nativen, besonders für ländliche Gegen­den, äußerst attraktiv.

Zu den verfügbaren natürlichen biologischen Aufbereitungssystemen zählt die in Afrika bereits eingeführte Pflanzen­­kläranlage. Eine erhebliche Menge an Er­­fahrungswerten und Praxisentwürfen wurde bereits dokumentiert. Pflanzen­kläranlagen zählen zu den effizientesten Technologien zur Aufbereitung von Ab­­­wasser mit niedrigem Verschmutz­­ungs­­­grad. Feuchtgebiete haben zahlreiche Vor­­teile: Nahrung und Lebensraum für die Tier­­welt, Verbesserung der Wasserqualität, Schutz vor Überschwemmung, Kontrolle von Küstenerosion und Möglichkeit zur touristischen Nutzung. Die potenzielle An­­­­wendung von Feuchtgebieten reicht von der Aufbereitung von städtischem sowie industriellem Abwasser bis hin zur Auf­­bereitung von tertiärbehandeltem Was­­ser und der Diffusion von Verschmutzung. Feuchtgebiete reduzieren die organische Verschmutzung und den Anteil von Schweb­­stoffen, Krankheitserregern, Schwerme­tal­len und übermäßigen Nährstoffen im Wasser erheblich.

Pflanzenkläranlagen bergen ein großes Potenzial für die Anwendung in Ent­wick­lungs­­ländern, besonders für kleine Ge­­meinden und ländliche Gegenden. Die Ver­­schmutzung wird in solchen Sys­te­men durch eine Kombination von physi­kalischen, chemischen und biologischen Pro­­zes­sen beseitigt. Bio­­logische Abwas­­ser­aufbereitung in Kombi­­­nation mit Mem­­branen, den so genannten Membran­bio­­­reaktoren MBR, hat sich als eines der effizientesten Aufbereitungs­kon­zepte herausgestellt. Membranen erlauben die Entkopplung der Verweilzeit von Schad­­stoffen von der hydraulischen Verweil­zeit im Bioreaktor und er­­mö­­glichen da­­­durch einen gleichmäßigen bio­­logischen Abbau von Schadstoffen, die unter nor­­malen Umständen nicht biologisch ab­­­baubar sind. Mit der richtigen Wahl der Membraneigenschaften kann die Quali­­tät des aufbereiteten Wassers auf die ge­­plante Wiederverwendung zugeschnitten werden. Für den landwirtschaftlichen Gebrauch beispielsweise kann die Kon­­zentration von Stickstoff und Phosphor für die Be­­­wäs­­serung auf die Bedin­­­­gungen der angebau­­ten Pflanzen angepasst werden. Der wich­­tigste Vorteil der MBR-Systeme ist keimfreies aufbereitetes Abwasser. Innovative MBR-Systeme zeichnen sich außerdem durch einen Energieverbrauch von nur circa zwei kWh pro m³ aufbereitetem Wasser aus – drei- bis viermal weniger als der Be­­darf für Meereswasserentsalzung. ttz Bre­­mer­­haven hat vor einigen Jahren erfolgreich die Entwicklung solcher Techno­­­logien wie das EU FP6-Projekt PURATREAT für den Einsatz in Nordafrika initiiert.

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Jedoch konnten viele Anwendungen der Biotechnologie bis heute keine praktischen Lösungen liefern. Dies liegt vor allem am Mangel an Information über die Vor­­teile dieser Technologien und an der mangelnden Verbreitung von an örtliche Um­­­stände angepassten Lösungen. WATER­­­BIO­­­TECH ist eine durch die EU im 7. Rah­men­­­­­­­­­programm finanzierte Initiative, die die Wasserknappheit in Afrika bewältigen möchte, und stellt Stakeholdern in West-, Ost- und Nordafrika Fachwissen im Be­­reich der Biotechnologie, Verfahren und Managementlösungen zur nachhaltigen Steuerung verschmutzter Wasserressour­cen zur Verfügung. Als Zielländer hat sich WATERBIOTECH Tunesien, Algerien, Ma­­­rok­­ko, Ägypten, Senegal, Burkina Faso, Ghana und Saudi Arabien gesetzt. Die Idee liegt in der gemeinsamen Ver­­breitung be­­währter Methoden samt der für die Ein­­führung ausgewählter Biotech­­­nologien not­­­­­­wendigen Bedingungen und Strategien, die speziell auf die einzelnen Regionen inner­­halb der Zielländer ange­­passt sind. Rele­­­­vante Akteure, die von dieser Aktion profi­­­tieren werden, sind Bauern, Dienstleister für Abwasser­auf­bereitung, Behörden und Ent­­schei­­­dungs­­träger, wissenschaftliche Ein­­­rich­­tungen sowie Kommunen und die interessierte Öffentlichkeit.

WATERBIOTECH berücksichtigt, dass die Verfügbarkeit von Wasserressourcen von verschiedenen Aspekten beeinflusst wird und nur eine ganzheitlich ausgerichtete Vision effektive Lösungen zur Verbes­se­­r­­ung des Wassermanagements in Afrika bereitstellen kann. Umwelt- und Ge­­­sund­­heitsbedenken sowie sozialwirtschaftliche Aspekte, etwa das Einkommen privater Haushalte, unterschiedliche Muster des Wasserverbrauchs, Bewässerungs­met­ho­den oder das Interesse an Wasser­res­sour­­cen verschiedener Stakeholder müssen beim Vorschlag von Lösungen miteinbe­­zogen werden. Die Leistungen von WATER­BIOTECH dienen der Verbesserung des Entscheidungsprozesses durch Bereit­stellung von Richtlinien und Materialien, die Stakeholder bei der Einführung von kosteneffizienten und nachhaltigen, an die realen Zustände ihrer Region angepassten Lösungen unterstützen.

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ttz Bremerhaven ist ein unabhängiger An­­­­­bieter von Forschungs­dienst­leis­tung­en, unter dessen Dach ein internationales Experten-Team für Lebensmittel, Umwelt und Ge­­­sund­­heit arbeitet. Die Umwelt­ab­teilung von ttz Bremerhaven führt welt­weit angewandte Forschung und Ent­wick­­­lungen in den Be­­­reichen „Wasser, Ener­­gie und Landnutz­ungs­­management“ durch. Innovative Ideen aus den Bereichen Ener­­­­gieeffizienz, erneuerbare Energien, Was­ser- und Abwasser­auf­be­rei­tung, Auqa­­kul­­tur, nachhaltiges Landschafts- und Res­­sour­­cen­­­management werden in Ko­­ope­­ration mit Unternehmen, Verbänden und Forschungs­­partnern entwickelt, realisiert und auf den Markt gebracht. In den letz­­ten fünf Jahren waren dies über 250 Projekte.

ttz Bremerhaven kooperiert mit Ein­­rich­­tungen wie dem Centre de Biotechno­lo­gie de Sfax, dem Centre International des Tech­­no­­logies de l’Environnement de Tunis, dem Centre de Recherches et des Tech­­­­no­­lo­­gies des Eaux Soliman, mit Office National de l’Assainissment ONAS und Tunisian Engineering Services Company Tunis TESCO zusammen und berät das GIZ-­­Büro in Tunesien auf dem Gebiet der Verwertung von agroindustriellem Abfall.

 

Schories_09-KopieDer 1964 geborene Autor hat Allge­­meine Verfahrenstechnik studiert und wurde 1999 von der TU Clausthal promoviert. Biologische Abfallbehandlung und Was­­sermanagement sind die Kernthemen seiner Arbeit. Dr.-Ing. Gerhard Schories ist seit 2001 für die ttz Bremerhaven tätig, seit 2005 als Technischer Leiter des Umweltinstituts. Seit 2012 hat er zudem einen Lehrauftrag an der Hoch­­schule Bremerhaven.