WaterReTUNe – Konzept und Versuchsaufbau zur
Entsalzung von Kläranlagenabläufen nach naturnaher Vorbehandlung in Tunesien

Tunesien steht vor der wachsenden Herausforderung, den steigenden Bedarf an Süßwasser angesichts von Bevölkerungswachstum, Klimawandel und einer Verschlechterung der Grundwasserqualität zu decken. Um dieser Problematik zu begegnen, strebt das Land die Einführung einer zuverlässigen Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser in der Landwirtschaft an. Während die Verringerung der organischen Belastung vergleichsweise unkompliziert ist, stellt der hohe Salzgehalt des Abwassers (bis zu 6 g/l) eine erhebliche Hürde für eine uneingeschränkte Nutzung dar. Das Projekt WaterReTUNe wurde initiiert, um die Erfahrungen des FiW und seiner Partner, der TERRA URBANA, CERTE und ADJ zu nutzen und so zu einer Bewältigung der Herausforderungen beizutragen.

Im Rahmen des WaterReTUNe Projektes wurden innovative Technologien zur Nachbehandlung gereinigten Kläranlagenabläufen entwickelt und in Tunesien demonstriert. Um einen effizienten Know-how-Transfer zu gewährleisten und ein an die tunesischen Bedingungen angepasstes Konzept zu entwickeln, wurde die Pilotanlage aus dem AWAREGIO Projekt genutzt. Beide BMBF-geförderten Projekte haben das Potential der Nutzung gereinigten Abwassers in Tunesien aufgezeigt und zu einer Weiterentwicklung und Verbreitung angepasster Aufbereitungs- und Nutzungsstrategien beigetragen. Im Projekt WaterRetune wurden Nature Based Solutions (NBS) und ein innovatives Membransystem aus Nanofiltration (NF) und Umkehrosmose (RO) kombiniert, um teilentsalztes Reuse-Abwasser für Bewässerungszwecke zu produzieren. Hinzu kamen die Erprobung von Brine-Behandlungsansätzen zur Nährstoffrückgewinnung und zum Halophytenanbau sowie eine kreislaufgeführte low-tech Aquaponik-Produktion.

Die NBS II Stufe, bestehend aus einem Moving-Bed-Biofilm-Reaktor (MBBR) und einem vertikal durchströmten Bodenfilter, reduzierte die CSB-Konzentrationen im Zulauf von Werten über 250 mg/l auf meist unter 100 mg/l im Ablauf des MBBR. Die Elimination von CSB im nachgeschalteten Bodenfilter verlief zügig, wobei Ablaufwerte von etwa 50 mg/l erreicht wurden. Zudem entwickelte sich innerhalb weniger Monate ein dichter Pflanzenbestand in der NBS II. Die Nitrifikation verlief in dieser Kombination aus MBBR und Bodenfilter problemlos, wobei unerwartet eine deutliche Nitratelimination um bis zu 13 mg NO₃-N/l beobachtet wurde.

Bereits 2021 konnte nachgewiesen werden, dass das NF-Membran-Konzept erfolgreich dazu beiträgt, das Wasser aus dem Bodenfilter teilweise zu entsalzen. Das NF-Permeat hatte einen Salzgehalt, der etwa 2/3 niedriger war als das Ausgangswasser und den örtlichen Trinkwasserstandard erfüllte. Im darauffolgenden Jahr wurden ebenso die WHO-Anforderungen an Bewässerungswasser erfüllt. Der Betrieb der NF-Membranen war einfach und robust, mit Betriebsdrücken von nur 4 bis 6 bar, und lag ca. eine Zehnerpotenz unter dem erforderlichen Druck einer Meerwasserentsalzung. Die RO-Membran ermöglichte eine Aufkonzentrierung des NF-Brines auf einen Bruchteil des Ausgangsvolumens. Sie konnte mit niedrigen Drücken von bis zu 12 bar betrieben werden und war auch bei Wässern mit hohen DOC-Konzentrationen wirksam. Die NF entfernte Medikamentenwirkstoffe wie Carbamazepin, Diclofenac, Metoprolol und Sulfamethoxazol, die im Input Konzentrationen zwischen 30 und 600 ng/l aufwiesen, zu etwa 70 bis 74%. Allerdings konnte Benzatriazol, eine häufige Industriechemikalie, nur zu einem geringen Anteil von 17% zurückgehalten werden. Clarithromycin war im Feed-Wasser nur in sehr geringen Konzentrationen vorhanden. Somit hat sich die NF auch als geeignet für die Spurenstoffabtrennung erwiesen. Des Weiteren wurden Versuche zur Nutzung der Brine beim Halophytenanbau sowie zur Ausfüllung von zweiwertigen Ionen aus der Brine durchgeführt. Das Permeat aus der Kombination von NF und RO erwies sich als gut geeignet als Feed-Wasser für die Aquaponik. Insbesondere bei der Jungpflanzenaufzucht der Groupement de Développement Agricole (GDA) Sidi Amor zeigte sich der niedrige Salz- und Kalkgehalt des Permeats als äußerst vorteilhaft im Vergleich zum bisher genutzten Grundwasser.

Es wurden spezifische Kosten von deutlich unter 0,5 TDN/m³ bzw. <0,15 €/m³ für Aufbereitungskapazitäten zwischen 1000 und 2000 m³/d ermittelt, was gute Voraussetzungen für die wirtschaftliche Anwendbarkeit dieses Konzepts in der Großtechnik darstellt.