KREIS-Haus - Direktrecycling von Grauwasser (Direktrecycling von Grauwasser am Beispiel KREIS-Haus)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 698.18.22

Schlüsselwörter (Deutsch)

Sauberes Trinkwasser, Abwasser, Grauwasser, KREIS-Haus, Grauwasserbox, Wasseraufbereitung.

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Sauberes Trinkwasser wird weltweit immer knapper und immer mehr Menschen ziehen vom Land in die Stadt. Dadurch wird mehr Wasser auf begrenztem Raum verbraucht, wodurch lokale Grundwasservorräte rund um die Stadt erschöpft werden. Gleichzeitig fällt mehr Abwasser an, das oft nicht angemessen gereinigt wird, was sich wiederum auf die Qualität des Trinkwassers auswirken kann.

Weltweit gibt es deswegen schon seit einiger Zeit Anstrengungen, Wasser mehrfach zu verwenden und im Kreislauf zu führen. Die meistverbreiteten Reuse-Konzepte gehen jedoch mit beträchtlichem Energiebedarf und CO₂-Ausstoss einher. Ein wesentlicher Grund dafür liegt darin, dass die an sich geringe Menge der potenziell gefährlichen Fäkalien mit dem restlichen Abwasservolumen vermischt werden, wodurch sich das hygienisch belastete Wasservolumen vervielfacht. Werden jedoch die Fäkalströme separat behandelt, wird die Aufreinigung des verbleibenden Grauwassers einfacher. Diese Stoffstromtrennung ist eine wichtige Voraussetzung für eine effiziente Aufbereitung des Grauwassers.

Die Zürcher Fachhochschule für angewandte Wissenschaften ZHAW wird ihre Untersuchung zur Wiederverwendung von gereinigtem Grauwasser im 2021 erstellten KREIS-Haus in Feldbach ZH durchführen. Dabei handelt es sich um ein bewohntes «Praxislabor» mit 40 m² Grundfläche, in dem dezentrale und kreislauffähige Lösungen am realen Objekt in der Praxis getestet werden. Das Haus besteht aus einer Wohneinheit mit Küche, Bad und Trockentrenntoilette, und einem angebauten Wintergarten, welcher auch als Gewächshaus fungiert. In der 1. Phase wird das belastete Grauwasser in einer Grauwasserbox zu Brauchwasser aufbereitet und zur Bewässerung des Dachgartens und für die Waschmaschine genutzt. Während dieser ersten Phase werden systematisch Daten zur Wasserqualität erhoben. Bei positiven Resultaten kann der Kreislauf geschlossen und die 2. Phase durchgeführt werden. In der 2. Phase soll untersucht werden, ob und wie das durch die Grauwasserbox aufbereitete Wasser zukünftig für Anwendungen mit höherem Wasserqualitätsanspruch wie Duschen, Händewaschen oder Abwaschen verwendet werden kann. Der Fokus des Projekts liegt einerseits auf der technischen Machbarkeit des internen Wasserkreislaufs und andererseits auf der Qualität und Wiederverwendbarkeit des aufbereiteten Brauchwassers.

Falls die Grauwasserbox die Aufbereitung von Grauwasser zu qualitativ gutem Brauchwasser erlaubt, ist eine Skalierung und Vermarktung denkbar.

Das Projekt wurde aufgrund des Beitragsgesuchs vom 07.04.2022 genehmigt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Messkampagne 1 (Durchflussmodus) konnte durchgeführt und die Daten zur Wasserqualität des Brauchwassers im Normalbetrieb gewonnen werden. Im Normalbetrieb wird das Brauchwasser für die Bewässerung des Dachgartens und für die Waschmaschine genutzt. Die gewonnenen Daten beinhalten 48x generelle Abwasserparameter und Standardmikrobiologie,12x Tenside und 6x Legionellen, 8 x Gentoxizität (mit planar-umuC).
   
   
2. Die statistische Datenauswertung aus Messkampagne 1 ist abgeschlossen. Die Datenauswertung beinhaltet die Analyse der chemischen Parameter sowie den Abgleich mit Belegung, Energie- und Wasserverbrauch. Die interne Zwischenevaluation liegt vor. Meilenstein 1
   
   
3. Messkampagne 2 (Kreislaufmodus) konnte durchgeführt und die Daten zur Wasserqualität des Brauchwassers unter Kreislaufbedingungen gewonnen werden. Die gewonnenen Daten beinhalten 48x generelle Abwasserparameter und Standardmikrobiologie,12x Tenside und 6x Legionellen, 8 x Gentoxizität (mit planar-umuC).
   
   
4. Die statistische Datenauswertung aus Messkampagne 2 ist abgeschlossen. Die Datenauswertung beinhaltet die Analyse der chemischen Parameter sowie den Abgleich mit Belegung, Energie- und Wasserverbrauch.
   
   
5. Die Ergebnisse sind mit bestehenden Regulierungen (für Trinkwasser, Badewasser, Duschwasser, Bewässerung von Gemüse) aus der Schweiz (z.B. TBDV), Deutschland und der EU verglichen. Es ist eine Empfehlung für Richtwerte abgeleitet, die für den zukünftigen Einsatz der Grauwasserbox in Kreislaufsystemen angewendet werden kann. Die Produktkosten als Grundlage für einen Finanzplan sind zusammengestellt.
   
   
6. Ein Schlussbericht mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 5 und dem weiteren Vorgehen ist redigiert und dem BAFU abgegeben.
   
   
7. Textbausteine, Illustrationen und mindestens 3 Fotografien (genauere Angaben s. 10 Beilage 2) für die Verwendung in öffentlichen Publikationen sind bereitgestellt und dem BAFU abgegeben.
   
   
8. Eine Präsentation der Ergebnisse mit entsprechender Power-Point Darstellung wird am Schluss des Projektes für interessierte Personen aus dem BAFU durchgeführt.

Projektziele (Deutsch)

Anhand dieser Machbarkeitsstudie soll untersucht werden, ob Grauwasser mit einfachen Mitteln zu qualitativ gutem «Brauchwasser» aufbereitet werden kann. Im Fall positiver Ergebnisse aus den Untersuchungen soll die Grauwasserbox als innovatives Produkt auf den Markt gebracht werden.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Im Rahmen des Projekts wurden von Juli 2022 bis April 2023 wöchentlich Wasserproben an vier Stellen im KREIS-Haus genommen, um die Wasserqualität und die Reinigungsleistung zu bewerten. Ursprünglich waren zwei Messkampagnen geplant, wobei eine auf Durchflussbetrieb und die andere auf Kreislaufbetrieb ausgerichtet war. Aufgrund technischer Herausforderungen, insbesondere der unzureichenden Reinigungsleistung der UV-Lampe für die Desinfektion des Regenwassers, wurde über die ganze Dauer des Experiments ein Teil-Kreislaufbetrieb gewählt. Dieser beinhaltete, dass das aufbereitete Grauwasser für die Bewässerung und Waschmaschine wiederverwendet wurde. Es wurde eine umfassende Recherche zu Grenzwerten durchgeführt und ein Überblick zusammengestellt. Anschliessend wurden das aufbereitete Regen- und Grauwasser mit diesen Grenzwerten verglichen. Weitere erreichte Resultate beinhalten die berechneten Reinigungsleistungen, die Untersuchung von potentiellen Akkumulationen, den Abgleich mit den Belegungszahlen, sowie dem Energie- und Wasserverbrauch, die Kostenrechnung und eine Übersicht über mögliche Märkte. Zum Schluss wurden Empfehlungen für das Themengebiet formuliert. Erste Genotoxizitätsmessungen mit planar-umuC wurden durchgeführt, aber da sie kein potenzielles Auftreten von genotoxischen Stoffen ergaben, wurden keine weiteren Analysen durchgeführt. Die Patentrecherche wurde noch nicht durchgeführt, da noch weitere designtechnische Anpassungen an der Grauwasseraufbereitungsbox im Gange sind.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Das Projekt lieferte wichtige Erkenntnisse sowohl kommerziell als auch wissenschaftlich. Ein Spin-off zur Markteinführung der Grauwasserbox ist in Gründung. Die Grauwasserbox wurde im Rahmen dieses Projekts zum ersten Mal in der Praxis getestet, wobei die angestrebte Reinigungsleistung und Wasserqualität erreicht wurde. Wissenschaftlich konnten wertvolle Daten im Kreislaufbetrieb gesammelt und Potenziale sowie Risiken identifiziert werden. Eine Veröffentlichung der Resultate in einer wissenschaftlichen Publikation ist geplant. Zudem konnten dank des Projekts zwei Folgeprojekte aufgegleist werden. Einerseits eine Vorstudie für die Entwicklung kosteneffizienter Sensoren für das aufbereitete Grauwasser. Andererseits ein Projekt, das die Thematik der Grenzwerte und Weiterentwicklung von Richtlinien aufgreift.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Als zukünftige Entwicklungen sind folgende Themen vorgesehen: Testen der Grauwasserbox unter höherer Belastung, um die Systemleistung unter anspruchsvolleren Bedingungen zu bewerten und zur Optimierung beizutragen. Weiterhin sollen potenzielle Akkumulationen untersucht und Massnahmen zur Energieverbrauchsreduktion umgesetzt werden. Die Entwicklung eines effizienten Überwachungssystems wird angestrebt, um Kosten, Zuverlässigkeit und Wirksamkeit zu verbessern.