Ein Viertel weniger Trinkwasser: Wie ein Wohnquartier Duschwasser recycelt

Trockenperioden, Hitze und Starkregen stellen städtische Wassersysteme vor gegensätzliche Anforderungen. Einerseits sollen sie die Versorgung auch bei Wasserknappheit sichern und andererseits große Niederschlagsmengen aufnehmen können.

Im Rahmen des Projekts „Integriertes Wasser-Energie-Transitionskonzept“ (i.WET) untersucht das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI, wie sich Wasser-, Energie- und Stoffkreisläufe auf Quartiersebene stärker miteinander verbinden lassen.

„Blaue“ oder „grüne“ Wiederverwertung?

Das Demonstrationsprojekt läuft seit 2018 im Neubauquartier an der Preußenstraße in Lünen. Gemeinsam mit dem Bauverein zu Lünen und dem Stadtbetrieb Abwasserbeseitigung Lünen wurden die Komponenten in sieben Mehrfamilienhäuser und die Außenanlagen integriert. Die ersten Gebäude wurden 2022 bezogen.

Kern des Konzepts ist die getrennte Erfassung von Regenwasser und leicht verschmutztem Grauwasser aus Duschen und Waschbecken. Auf einem „blauen“ Wiederverwertungsweg wird das Wasser aufbereitet und etwa für die Toilettenspülung verwendet. Regenwasserzisternen dienen zusätzlich als Speicher und können bei Starkregen einen Teil der Niederschläge zurückhalten.

Darüber hinaus gibt es einen „grünen“ Wiederverwertungsweg. In sogenannten „i.WET-Alleen“ wird überschüssiges Grau- und Regenwasser über bepflanzte Bodenfilter gereinigt. Das behandelte Wasser kann anschließend in Oberflächengewässer abgeleitet oder unter geeigneten Bedingungen zur Bewässerung eingesetzt werden.

Trinkwassereinsparung hängt von der Nutzung ab

Modellrechnungen des Fraunhofer ISI zufolge könnten bei einer weitergehenden Nutzung von aufbereitetem Grau- und Regenwasser 30 bis 40 % des häuslichen Trinkwasserbedarfs ersetzt werden. Diese Berechnung setzt allerdings voraus, dass Betriebswasser sowohl für die Toilettenspülung als auch für Waschmaschinen verwendet wird. Im Lüner Quartier ist die Nutzung auf die Toilettenspülung beschränkt. Unter dieser Voraussetzung liegt das rechnerische Einsparpotenzial laut Abschlussbericht bei etwa einem Viertel des häuslichen Trinkwasserbedarfs.

Erste Betriebsdaten aus einem der Gebäude zeigen zugleich, dass aufbereitetes Duschgrauwasser 80 bis 90 % der für die Toilettenspülung benötigten Wassermenge ersetzen kann. Das Grauwasser wird dafür gefiltert und desinfiziert.

Während des Monitorings kam es laut dem Fraunhofer ISI aufgrund eines baulichen Mangels vorübergehend zu einer Beeinträchtigung der Wasserqualität. Der Fehler sei inzwischen behoben. Nach der Wiederinbetriebnahme habe die Anlage wieder störungsfrei gearbeitet, heißt es.

In einem weiteren Gebäude wird das etwa 25 bis 30 °C warme Duschgrauwasser als Wärmequelle für eine Wärmepumpe genutzt. Nach bisherigen Messungen deckt sie rund 6 % des jährlichen Gesamtwärmebedarfs des Gebäudes ab. Die Forschenden sehen allerdings noch Optimierungsbedarf bei Steuerung und Betriebsweise.

Modellrechnungen zeigen hohes Potenzial

Modellrechnungen zeigen entsprechend höhere Potenziale für einen optimierten und ausgeweiteten Betrieb. Für die Warmwasserbereitung berechnen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Primärenergieeinsparungen von bis zu 20 % bei Nutzung eines Wärmeübertragers. Wird zusätzlich eine Wärmepumpe eingesetzt, könnten es demnach bis zu 50 % sein. Im Außenbereich wird ebenfalls Wasser zurückgehalten und genutzt. Drei Regenwasserzisternen mit jeweils 20 m³ Fassungsvermögen liefern gespeichertes Regenwasser für die Bewässerung von rund 6 400 m² Grünfläche.

Messungen an der „i.WET-Allee“ zeigen den Forschenden zufolge darüber hinaus niedrige Ablaufwerte unter anderem bei organischen Belastungen, Nährstoffen, abfiltrierbaren Stoffen und Schwermetallen. Die Ergebnisse sprechen dafür, dass der bepflanzte Bodenfilter einen Teil der mit Straßen- und Dachabflüssen eingetragenen Stoffe zurückhalten kann.

Kosten über lange Nutzungszeiträume konkurrenzfähig

Neben den technischen Effekten haben die Forschenden auch die Wirtschaftlichkeit untersucht. Dabei fanden sie heraus, dass den Investitionen geringere laufende Ausgaben für Trinkwasser und Abwasser gegenüberstanden. Eine dynamische Kostenvergleichsrechnung kommt zu dem Ergebnis, dass „i.WET-Alleen“ bei angenommenen Lebenszyklen von 60 bis 120 Jahren mindestens kostenneutral und in mehreren untersuchten Varianten günstiger sein könnten als konventionelle Trennkanalisationslösungen.

Von Vorteil ist nach Einschätzung der Fraunhofer-Fachleute auch die Möglichkeit einer schrittweisen Umsetzung. Einzelne Komponenten könnten im Zuge ohnehin anstehender Sanierungen von Leitungen, Kanalisation oder Gebäudetechnik ergänzt werden.