Grauwasser als Quelle für eine nachhaltige Bewässerung

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Grauwasser Bewässerungssysteme
Abb. 1: Entnahme des behandelten Grauwassers aus einem Wohngebäude mit Grauwassertrennung und -behandlung für die Untersuchungen hinsichtlich Eignung für die Bewässerung von Grünen Infrastrukturen. Foto: Michael Gräf 2021

Damit Grüne Infrastrukturen ihre gewünschten Benefits wie unter anderem Kühlung des städtischen Mikroklimas erfüllen können, brauchen sie eine ausreichende Wasserversorgung. Die Ressource (Trink-)Wasser ist jedoch endlich. Ein interdisziplinäres Forschungsteam sucht gemeinsam nach Alternativen. Im Rahmen von zwei Forschungsprojekten wird Grauwasser zur Bewässerung von städtischen Grünen Infrastrukturen anstelle von Trinkwasser untersucht.

State-of-the-Art und Herausforderungen

Grüne Infrastrukturen wie beispielsweise Baumpflanzungen, Wiesen- und Rasenbestände, Staudenbeete oder Bauwerksbegrünungen sind wertvolle Elemente des besiedelten, urbanen Raums, da sie mit ihren Ökosystemleistungen einen erheblichen Beitrag zur Klimawandel-anpassung und zur Schaffung von qualitativ hochwertigen Lebensräumen für Mensch, Tier und Pflanze leisten. Beschattung, Absorption eintreffender Sonnenstrahlung sowie die Evapotranspiration und die damit einhergehende Kühlung der unmittelbaren Umgebungsluft sind nur einige dieser Leistungen (Stangl et al. 2019), neben anderen, wie zum Beispiel Habitat- und Nahrungsbereitstellung oder auch die Förderung der menschlichen Gesundheit. Alle diese Benefits können jedoch nur dann bereitgestellt werden, wenn die darin verwendeten Pflanzen vital sind.

Um die Funktion der Begrünung bestmöglich zu maximieren, ist eine vom Klimawandel beeinflusste Pflanzenauswahl, die korrekte bauliche Umsetzung sowie eine fachgerechte Pflanzenpflege notwendig.

Die Versorgung mit Wasser spielt hier eine besondere Rolle: Gerade in Hitzeperioden - wo die genannten Benefits wie Beschattung und Kühlung besonders gefragt sind - benötigt Grün ausreichend Wasser, um keinen dauerhaften Schaden davon zu tragen und gleichzeitig klimawirksam zu sein (Winkler et al. 2019). Dies bedeutet, je besser das städtische Grün mit Wasser versorgt ist, desto effektiver beeinflussen sie das Mikroklima und entfalten die volle Wirksamkeit ihrer Ökosystemleistungen (Gräf et al. 2021).

Zunehmend heißere und niederschlagsarme Sommer erfordern zusätzliche Bewässerung an extremen städtischen Standorten wie Straßenbegleitgrün, Straßenbäume oder Parks (Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau 2012). Der Wasserbedarf Grüner Infrastrukturen im urbanen Raum hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Die Forscher:innen haben dazu Daten aus der Literatur beziehungsweise Praxis gesammelt, um einen ersten Überblick zu geben, was Bauwerksbegrünungen, Topf- und Trogbepflanzungen sowie Stauden- und Gehölzpflanzungen benötigen (Tab. 1). Die Menge und die zeitliche Verteilung der Ausbringung des Bewässerungswassers sind abhängig von Witterung, Boden, Pflanzenart, Pflegeziel, Exposition der Vegetationsfläche und Jahreszeit. Aufgrund der variierenden Faktoren sind die Werte des Wasserbedarfs als grobe Orientierung anzusehen. Für eine detaillierte Planung muss die Bewässerungsmenge der jeweiligen Grünen Infrastruktur bedarfsgerecht ermittelt werden (Köhler 2012). Für den Wasserbedarf von Pflanzen, die in direktem Bodenkontakt stehen (Gehölzpflanzungen, bodengebundene Fassadenbegrünungen, Rasen, Staudenflächen), ist nur in den ersten Jahren nach der Pflanzung eine Bewässerung zu berücksichtigen (Anwuchs- und Entwicklungspflege). Diese Pflege soll eine artgerechte Entwicklung und Etablierung am Standort der jeweiligen Vegetation ermöglichen (ÖNORM L1120:2016-07-01).

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Grauwasser Bewässerungssysteme
Abbildung 2: Im Glashaus wurden unterschiedliche Pflanzenarten mit unbehandeltem und behandeltem Grauwasser sowie im Vergleich mit Trinkwasser bewässert und deren Entwicklung gemonitort. Foto: Michael Gräf 2021

Neben den Anpassungen und Adaptierung von klassischen Bauweisen (z. B. Verwendung von speicherfähigeren Substraten und Aufbaurten, Wahl von trockenresistenten Pflanzenarten/-sorten, Einleitung von Niederschlags- und Straßenoberflächenwässern aus Spenderflächen), gehen die Städte und Kommunen u. a. auch jenen Weg, bei Neu- beziehungsweise Umbau von Grünstreifen, Staudenbeeten und Baumscheiben automatische Bewässerungsanlagen miteinzubauen (MA 42 - Wiener Stadtgärten 2012). Hierbei entsteht ein Konflikt um die Nutzung der wertvollem Ressource Trinkwasser als Gießwasser.

Die Ressource Wasser steht vermehrt unter Druck. Durch den Klimawandel nimmt die notwendige Bewässerung in der Landwirtschaft stetig zu. Dazu wird auch in der Industrie sowie durch die vorschreitende Urbanisierung mehr und mehr Wasser verbraucht und ebenso verschmutzt (Kummu et al. 2010). Um einer zunehmenden Verschlechterung der Wasserversorgung entgegenzuwirken, kommt das Prinzip der Kreislaufwirtschaft zum Einsatz: bestehende Materialien (in diesem Fall Wasser), werden so lange wie möglich geteilt, wiederverwendet und recycycelt, um weiterhin Wertschöpfung zu generieren (Europäisches Parlament, 2015).

Der Verschmutzungsgrad sowie die enthaltenen Schadstoffe im Abwasser nehmen zu, umso mehr Verbraucher angeschlossen sind. Durch den Einsatz der ressourcenorientierten Abwasserwirtschaft und Einsatz von dezentralen Lösungen kann die Wiedernutzung von gereinigtem Abwasser sicher durchgeführt werden und das nicht mehr ausbaufähige Kanalnetz entlastet werden (Masi et al. 2020).

Ein Trend in der Wissenschaft sowie der Umsetzung im Wohnbau ist die Trennung des Abwassers im Haushalt in Schwarzwasser aus der Toilette, welches fäkal belastet ist, und Grauwasser als Summe von Brauchwasser aus Maschinenabwässern (Spül-, Waschmaschine), dem Bad (Dusche, Badewanne, Handwaschbecken) sowie der Küche (Abwaschbecken). Dadurch wird einerseits nötiges Wasser für den Einsatz in der Bewässerung aber auch die Wärmeenergie aus dem Grauwasser nutzbar gemacht (ABG Nova, Nolde 2012). Ganz nebenbei wird durch die Verwendung von Grauwasser, ein Abfallprodukt zur neuen Ressource umgewandelt, welches ansonsten dem Kanal zugeführt wird.

Die Ressource Grauwasser hat auch einen klaren Vorteil gegenüber der Regenwassernutzung. Im deutschsprachigen Raum produziert jede Person im Schnitt 60 bis 80 L davon jeden Tag (DWA-M 277:10-2017, ÖNORM EN 16941-2:2017, EU 2020/741), während Regenwasser vor allem in bewässerungsintensiven Zeiten wie langen Trockenperioden nicht vorliegt. Über den Jahresverlauf gesehen bietet Grauwasser also eine stabil anfallende Wassermenge (Odeh, 2003)!

Der Begriff "gereinigtes" Abwasser oder Grauwasser ist je nach Land und auch durch den Einsatzbereich der Wiedernutzung ganz klar definiert und in Regelwerken festgehalten (DWA-M 277:10-2017, ÖNORM EN 16941-2). Die vorhandenen Regularien unterstützen dabei die Praxis der sicheren Wiedernutzung von gereinigtem Grauwasser. Wichtige Parameter sind neben den klassischen, physikalischen und chemischen auch die mikrobiologischen Inhaltsstoffe, da diese einen Einfluss auf die menschliche Gesundheit haben. Auch hier kann man den Mehrwert von Grauwasser erkennen, da ohne fäkale Belastung die krankheitserregenden Stoffe von Beginn an limitiert und mittels Reinigungsstufe entfernt werden können. Für die Anwendung im öffentlichen Raum schreibt die DWA jedenfalls eine nachgeschaltete Hygienisierung vor. Je nach Zusammensetzung des Grauwassers und der gewünschten Nutzung kommen somit unterschiedliche Reinigungsmethoden zum Einsatz.

Bei der Verwendung von behandeltem Grauwasser zur Bewässerung von Grünen Infrastrukturen mit Bodenkontakt in Österreich, sind die Grundwasserschwellenwerte im Rahmen der Qualitätszielverordnung Chemie Grundwasser (BGBl. II Nr. 98/2010) einzuhalten (QZV 2010). Grundsätzlich ist jeglicher Eintritt von Schadstoffen in das Grundwasser untersagt und das Verschlechterungsverbot von Grundwasser und Oberflächengewässer einzuhalten (Helmecke 2018). Somit muss aufbereitetes Wasser, welches für die Bewässerung genutzt wird, die vorgegebene Wasserqualität aufweisen (ÖWAV-AB 011:2001). Der Österreichische Wasser- und Abfallwirtschaftsverband (ÖWAV) stellt Empfehlungen für die Qualität von Bewässerungswasser zur Verfügung, deren Schwellenwerte auch bei der Grauwasserverwendung mitberücksichtigt werden müssen. Dadurch wird eine Kontaminierung des Bodens sowie des Oberflächen- und Grundwassers vermieden (Helmecke 2018).

Die Forschungsarbeit des interdisziplinären Teams aus Forscher:innen des Instituts für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau und des Instituts für Siedlungswasserbau, Industriewasserbau und Gewässerschutz der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU) setzt nun an der Schnittschnelle Grauwasserproduktion, Reinigung und Nutzung für die Bewässerung an, um die Versorgung der Stadtbevölkerung mit sauberem Trinkwasser auch in der Zukunft gewährleisten zu können.

Wie bereits beschrieben, geben die vorhandenen Regularien sichere Rahmenbedingung für die Wiedernutzung von gereinigtem Grauwasser vor. In den folgend beschriebenen Forschungsprojekten wurde die Anwendbarkeit von Grauwasser in gereinigtem, aber auch ungereinigtem Zustand untersucht, um den Einfluss der Inhaltsstoffe auf die Pflanzen besser beurteilen zu können (GWR-greenWATERrecycling, UVG 2.0-Urban Vertical Green 2.0). Bauwerksbegrünungen wie Gründächer oder Grüne Wände können auch zur Reinigung von Grauwasser eingesetzt werden (Boano et al. 2020) und dadurch die Bewässerung mit der Reinigung kombinieren (Pucher et al. 2020).

Grauwasser Bewässerungssysteme
Abb. 3: Blätter der Testpflanze Acer pseudo-platanus im Vergleich – eine deutliche Nekrosenbildung bei Verwendung von unbehandeltem Grauwasser ist ersichtlich. Abbildung: Michael Gräf

Eignung von Grauwasser zur Bewässerung von unterschiedlichen Grünen Infrastrukturen

Im Zuge des Forschungsprojektes "greenWATERrecycling: Thermische & stoffliche Grauwassernutzung zur klimatisch wirksamen Gebäudebegrünung und erneuerbaren Warmwasserbereitung" wurde unter anderem die Eignung unterschiedlicher Grauwasserqualitäten zur Bewässerung von Pflanzen in Grünen Infrastrukturen überprüft. Dies umfasste die Prüfung der rechtlichen Rahmenbedingungen und Grenzwerte des Grauwassers, sowie die Eignung aus pflanzenphysiologischer Sicht, wie sich die Pflanzen unter der Grauwasserbewässerung im Vergleich zu Trinkwasser entwickeln. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss von behandeltem und unbehandeltem Grauwasser (GW) auf die Vitalität der getesteten Pflanzen, im Gegensatz zu Leitungswasser zu untersuchen. Das behandelte GW wurde aus einem Wohngebäude (circa 46 Bewohner:innen) (Abb. 1) mit Grauwassertrennung und -behandlung gesammelt. Das unbehandelte GW mit einer höheren Schadstoffbelastung wurde auf der Grundlage einer Rezeptur für synthetisches GW hergestellt, die übliche Körperpflege- und Reinigungsprodukte sowie Ammoniakchlorid als Stickstoffquelle enthält (Pucher et al. 2020).

Dazu wurden folgende Arten jeweils mit unbehandeltem Grauwasser, behandeltem Grauwasser oder Trinkwasser als Referenz über eine Vegetationsperiode hinweg bewässert: Acer pseudoplatanus (Bergahorn), Tilia cordata (Winterlinde), Geranium macrorrhizum (Balkan-Storchschnabel), Heuchera sanguinea (Purpurglöckchen), Hedera helix (Gemeiner Efeu), Wisteria sinensis (Chinesischer Blauregen), Parthenocissus tricuspidata (Dreilappige Jungfernrebe), Bergenia cordifolia (Herzblättrige Bergenie), Poa pratensis und Lolium perenne (Gebrauchsrasen). Der Versuch wurde an der Universität für Bodenkultur Wien in einem Gewächshaus durchgeführt. Die Pflanzen befanden sich alle in 11-L-Töpfen (Abb. 2), welche über Einzeltropfer separat mit den unterschiedlichen Bewässerungstypen mit Wasser versorgt wurden (täglich 266 ml).

Um die Vitalität der Pflanzen festzustellen, wurden laufend Wachstumsparameter (Blattanzahl, Blattfläche, Zuwachs), relativer Chlorophyllgehalt sowie Blattnekrosen an den Testpflanzen der unterschiedlichen Bewässerungsgruppen erhoben.

Die Grauwasseranalysen ergaben, dass das genutzte behandelte GW den in den Regelwerken festgelegten Grenzwerten (ÖNORM EN 16941-2:2017, 1. AEVkA 1996) entspricht und die Qualitätsanforderungen erfüllt. Hinsichtlich der chemisch-physikalischen und mikrobiologischen Parameter ist das behandelte GW für die Anwendungen WC-Spülung, Gartenbewässerung und Reinigung (Spül- und Waschmaschine) geeignet.

Während des Versuchszeitraums konnten keine Unterschiede bezogen auf den Chlorophyllgehalt und das Wachstum der Pflanzen zwischen den unterschiedlichen Bewässerungen feststellt werden. Weder in Bezug auf Blattanzahl, Blattfläche noch den Zuwachs. Lediglich die Spezies Acer pseudoplatanus zeigte am Ende der Versuchslaufzeit als einzige Spezies erhöhte Blattrandnekrosen unter der Bewässerung mit unbehandeltem GW (34,8 %) im Vergleich zum behandeltem GW (15,5 %) und dem Trinkwasser (5,8 %) (Abb. 3). Die Ergebnisse dieser Studie legen dar, dass die Eignung von GW für die Bewässerung durch seine Zusammensetzung, aber auch durch die Empfindlichkeit der verwendeten Pflanze gegenüber bestimmten Verunreinigungen im GW beeinflusst wird. Der Salzgehalt, ausgedrückt durch den EC-Wert und die anionischen Tenside, wurden in dieser Studie als Hauptgrund für die Blattnekrosen identifiziert. Da die Studiendauer auf eine Vegetationsperiode begrenzt war, ist es nicht möglich, auf die langfristigen Auswirkungen der GW-Bewässerung auf die Pflanzenvitalität zu schließen. Im Zusammenhang mit Wasserwiederverwendungsstrategien unterstreicht diese Studie die Notwendigkeit von Langzeitstudien über die Auswirkungen der GW-Bewässerung auf die Pflanzenvitalität und -auswahl.

Zusammengefasst lässt sich feststellen, dass die Bewässerung von Grünen Infrastrukturen mit behandeltem Grauwasser aus pflanzenphysiologischer sowie rechtlicher Sicht geeignet ist. Grauwasser bietet somit eine ressourcenschonende und stets verfügbare Möglichkeit ,den Wasserbedarf Grüner Infrastrukturen zu gewährleisten.

Innovatives Bewässerungskonzept mit Grauwasser für Vertikalbegrünungen

Beim internationalen Forschungsprojekt "Urban Vertical Greening 2.0: Vertical greening for livable cities - co-create innovation for the breakthrough of an old concept (UVG 2.0)" lag der Schwerpunkt in der Entwicklung eines Low-Tech- und tropfschlauchfreien Bewässerungskonzeptes für die Nutzung von Grau- oder Regenwasser, das eine Vertikalbegrünung ermöglicht. Die Vertikalbegrünung kann dabei als Reinigungsstufe für das Grauwasser dienen, oder das Grauwasser wird als trinkwassersparende Ressource zur Bewässerung genutzt (Pucher et al. 2020).

Dazu wurde ein Forschungs- und Demonstrationsobjekt im Innenhof des Emil-Peres-Hauses der BOKU in der Muthgasse 18, A-1190 Wien, mit einer multifunktionalen Vertikalbegrünung für unterschiedliche Bewässerungsstrategien mit entsprechend angepasster Bepflanzung entwickelt und aufgebaut. Ziel dabei war es, ein widerstandsfähiges, leicht zu wartendes Vertikalbegrünungssystem mit unterschiedlichen Wassernutzungen und Wasserressourcen zu entwerfen und zu untersuchen. Folgende Szenarien waren dabei vorgesehen:

Szenario a (Tägliche Bewässerung zur Erzielung der höchstmöglichen Verdunstungsleistung für die Stadtkühlung): Für die Bewässerung wurde Leitungswasser verwendet, da dies die übliche Wasserquelle für vertikale Begrünungssysteme ist. Zusätzlich wurde auch die Verwendung von Grauwasser für eine ressourcenschonende Bewässerung untersucht.

Für diese typische Anwendung eines Vertikalbegrünungssystemes wurde eine Bepflanzung mit möglichst langer Blütezeit angestrebt, die ganzjährig attraktiv ist.

Szenario b (Konzeptionelle Integration von Regenwasser und Bewässerung zur Erzielung eines möglichst geringen Wasserbedarfs): Da Trockenperioden auftreten können, sollte die Bepflanzung anspruchslos und trockenresistent sein.

Szenario c (Die Reinigung von ungereinigtem Grauwasser): Für Grauwasserreinigung von einer Person müssen 60 bis 80 l/Tag an Volumen durch das System fließen. Dabei entstehen konstant feuchte Standortbedingungen, welche in der Pflanzenauswahl berücksichtigt werden müssen. Die Reinigung übernehmen hauptsächlich Mikroorganismen im Substrat. Für die Pflanzen stehen verfügbare Mikro- und Makronährstoffe aus dem Grauwasser zur Verfügung.

Grauwasser Bewässerungssysteme
Abb. 4: Versuchsanlage an der BOKU Wien: Wand 1 (l.) setzte auf trockenheitsresistente Pflanzen und eine wassersparende Bewässerungsstrategie (Bewässerung 1–2-mal/Woche); Wand 2+3 (M.) diente dem Vergleich der Bewässerung einer ornamentalen Schmuckstaudenwand mit Grau- und Trinkwasser (Bewässerung 1 x täglich) und Wand 4 (r.) untersucht die Reinigungsleistung der Vertikalbegrünung für Grauwasser (stündliche Bewässerung). Foto: Irene Zluwa

Das Forschungsteam wählte die vier untenstehenden Schritte, um ein geeignetes Setup für die gesetzte Zielsetzung zu erhalten:

Schritt 1 - Auswahl eines vertikalen Begrünungssystems für eine gesunde Pflanzenentwicklung, welches eine hohe Artenvielfalt unterstützt und die Anforderungen an die Funktion als Grauwasseraufbereitungssystem erfüllt. Die spezifischen Gestaltungsempfehlungen für die Grauwasseraufbereitung umfassen die Wahl des Substrats (hauptsächlich im Hinblick auf die hydraulische Leitfähigkeit), die Bewässerungsmenge und -intervalle sowie die Anzahl der benötigten Pflanzgefäße, die meist als horizontale Gesamtfläche beschrieben wird. Zusätzlich wird auf allgemein gültige Empfehlungen von Cross et al. (2021) zurückgegriffen: Fläche pro Person: 1-2 m², Höhe pro Topf: >20 cm, Hydraulische Belastungsrate: 0,1-0,5 m³.m-2.d-1, Organische Belastungsrate: 10-160 gCOD.m-2.d-1, Hydraulische Leitfähigkeit: ~10-4 m.s-1 und Porosität: ~0,4 m³.m-3. Das Vertikalbegrünungssystem basiert auf einem bestehenden System (Grünwand, Fa. Techmetall, Wien, Österreich) und wurde in seinen Proportionen angepasst, um das gewünschte Wasservolumen transportieren zu können, sowie ausreichend Wurzelraum für die Bepflanzung zur Verfügung zu stellen. Die Maße der Aluminium-Pflanzkisten sind h = 20 cm, b = 18 cm/20 cm und l = 150 cm. Als Dämm- und Belüftungsschicht wird ein spezielles Vlies eingelegt, auf das circa 17 cm Pflanzsubstrat aufgebracht wird. Eine Testwand bestand aus zehn Pflanzkisten, die im Abstand von 15 cm übereinander auf einer Aluminium-Unterkonstruktion befestigt wurden. Vier Wände wurden nebeneinander aufgestellt (Abb. 4).

Schritt 2 - Entwicklung eines einfachen Low-Tech-Bewässerungssystems.

Ein herkömmliches Bewässerungssystem mit Tropfern in jeder Pflanzkiste führt zu einem hohen Wartungsaufwand aufgrund von Verstopfungen der kleinen Bewässerungsleitungen und möglichen Ausfällen einzelner Tropfer. Insbesondere können Verstopfungsprobleme zunehmen, wenn andere Wasserquellen als Leitungswasser verwendet werden. Anstatt über Tropfschläuche wurden die einzelnen Pflanzkisten in Kaskaden über offene Leitungen bewässert: Das Wasser gelangt über ein Rohr in die oberste Pflanzkiste, fließt horizontal ans andere Ende. Dabei wird ein 2 cm tiefes Reservoir gefüllt. Anschließend fließt das Wasser weiter nach unten in die nächste Pflanzkiste. Ein Lochblech im Abstand von 10 cm verhindert das Verstopfen des Rohres durch die Pflanzenwurzeln. Das im Anstaubereich gespeicherte Wasser wird von den Pflanzen entweder direkt durch Wurzelwasseraufnahme genutzt oder zunächst durch Kapillaraufstieg im Substrat nach oben transportiert, bevor es von den Pflanzenwurzeln aufgenommen wird.

Schritt 3 - Entwicklung des Pflanzsubstrates.

Es wurde ein spezielles Pflanzsubstrat bestehend aus Blähton (4-8 mm), Zeolith (1-2, 5 mm), Perlit (0-6 mm), Sand (0,06-2 mm) und gebrochenem Blähton (0-8 mm) zu gleichen Volumsprozenten verwendet.

Schritt 4 - Identifizierung von geeigneten Pflanzen.

Um geeignete Pflanzen für die verschiedenen Wassernutzungsszenarien zu finden, wurden 39 Pflanzenarten mit unterschiedlichen Ansprüchen hinsichtlich Feuchte getestet. Vitalität und Biomasse wurden in einem zweijährigem Pflanzenmonitoring zur Entwicklung und Eignung der einzelnen Arten erhoben.

Die Versuche brachten folgende Ergebnisse hervor: In Szenario b überlebten bei geringem Wasserbedarf nur vier Arten in gutem Zustand (Heuchera x cultorum 'Berry Smoothie', Aster ageratoides 'Asran', Geranium wallichianum 'Rozanne' und Satureja montana). Für das Szenario mit ausreichender Bewässerung (a), bei dem täglich bewässert wurde, waren zusätzlich zu den für das Trockenszenario empfohlenen Arten die Arten Iris barbata nana 'Brassie', Rudbeckia fulgida 'Goldsturm', Hemerocallis middendorfii und Salvia officinalis sehr gut geeignet. Iris pseudacorus, Bergenia cordifolia, Calamagrostis x acutiflora 'Karl Foerster', Fragaria x ananassa 'Delikatess', Allium schoenoprasum und Rosmarinus officinalis 'Miss Jesopp's Upright' waren ebenfalls in gutem Zustand. In der Grauwasseraufbereitungsanlage (Szenario c) waren die Arten Eupatorium cannabinum, Mentha aquatica, Sedum telephium, Eriophorum vaginatum, Thelypteris palustris und Lythrum salicaria geeignet (Abb. 5).

Es wurde festgestellt, dass mehr Wasser für die Pflanzen besser war als trockene Bedingungen. Die gemessene Verdunstung zeigte sich direkt proportional zum Bewässerungsvolumen. Weiter ließen sich signifikante Temperaturunterschiede vor den einzelnen Wänden nachweisen, auch hier hat die Wand mit der höchsten Bewässerung eine bessere Kühlleistung. Dieser Effekt zeigte sich auch bei der Messung der Biomasse, wobei die höchste Biomasse in der Wand mit der höchsten Bewässerungsintensität erzeugt wurde. Beim Vergleich von Pflanzen, die mit Grauwasser und Leitungswasser bewässert wurden, konnten nach zwei Jahren Betrieb keine Unterschiede in der Pflanzenentwicklung festgestellt werden. In diesem Fall eignete sich ungereinigtes Grauwasser genauso gut wie Trinkwasser zu Bewässerung dieses vertikalen Begrünungssystems.

Die Reinigungsleistung für Grauwasser ist in diesem System auch hervorragend. Wenn ungereinigtes Grauwasser zur Bewässerung eingesetzt wird, kann das ablaufende Wasser nach den Regulatorien direkt für die Weiternutzung eingesetzt werden. Die getestete Reinigungsanlage zeigte ebenfalls sehr gute Leistungen, jedoch müsste hierfür in Zukunft mehr Substratvolumen pro Pflanzkiste zum Einsatz kommen, da das System bei der hohen hydraulischen Last an seine Grenzen kommt. Da dieses Feld der Forschung noch recht jung ist (erste Publikation von Masi et al. 2016), können die Ergebnisse die weitere Entwicklung sehr gut unterstützen.

Grauwasser Bewässerungssysteme
Abb. 5: Beim Vergleich der Pflanzen in den vier Testwänden konnten nach zwei Versuchsjahren kein Unterschied in der Pflanzenentwicklung in Abhängigkeit des Gießwassers (unbehandeltes und behandeltes Grauwasser und Leitungswasser) festgestellt werden. Foto: Irene Zluwa 2021
Grauwasser Bewässerungssysteme
Tab. 1: Grobe Richtwerte des Wasserbedarfs unterschiedlicher grüner Infrastrukturen, dargestellt Wasserbedarf (L/m²) innerhalb der Vegetationsperiode (Michael Gräf 2020).

Schlussfolgerungen

Der Klimawandel, die voranschreitende Urbanisierung sowie der steigende Wasserbedarf in der Landwirtschaft nagen an der Ressource Wasser. Jedoch ist sie notwendig für den bereits begonnenen Umbauprozess unserer Städte, wo mehr und mehr Grüne Infrastruktur das Leben verbessern soll. Der beschriebene Ansatz der lokalen Abwassertrennung und Behandlung hat dabei nicht nur den Effekt der Rückgewinnung von Wasser zur Bewässerung, sondern auch der Stoffrückgewinnung von Stickstoff und Phosphor (Wirth et al. 2021). In diesem Zusammenhang findet ein Paradigmenwechselt statt von Abfall zu Ressource.

Während die DWA M-277 sowie die ÖNORM EN 16941-2 sich dezidiert auf Grauwasser beziehen, gibt die Europäische Union (EU) mit der "Verordnung über Mindestanforderungen an die Wiederverwendung von Wasser für die landwirtschaftliche Bewässerung" (EU 2020/741) ähnliche Grenzwerte für die Wiedernutzung von gereinigtem Abwasser aller Art an, auch für die Bewässerung in der Nahrungsmittelproduktion. Somit steht einer sicheren Verwendung im urbanen Raum nichts im Weg. Dass diese Wasserressource genutzt werden sollte, zeigt eine einfache Modellierungsstudie (Pearlmutter et al. 2021). Dabei wurden für jeweils sechs Städte ein typisches Innenstadtgebäude, das Grauwasser der Bewohner:innen sowie der auftretende Niederschlag herangezogen, um zu berechnen, wie viel Quadratmeter einer Fassadenbegrünung mit einem Rasen begrünt werden kann. Die Ergebnisse zeigen, dass auch für Städte wie Berlin das Regenwasser allein nicht ausreicht und daher sicher die Grauwassernutzung als beste und nachhaltigste Option empfohlen werden kann.

Dass die Bewässerung sogar mit ungereinigtem Grauwasser funktioniert und auch die Biomasse sowie die Pflanzenvitalität nicht darunter leidet, zeigen die beiden vorgestellten Studien.

Damit Bewässerung mit Grauwasser langanhaltend funktioniert, ist eine fachgerechte Instandhaltung der Anlage sowie eine korrekt durchgeführte Reinigung des Grauwassers sowie die ausreichende Dimensionierung der Bewässerungskomponenten zu berücksichtigen. Von Tropfschläuchen, Sprenklern oder Tropfern ist abzuraten, da es hier vermutlich zu Ablagerungen der Schwebstoffe aus dem Grauwasser in diesen Bewässerungsteilen und in Folge zur Verstopfung kommt. Dem kann jedoch konstruktiv mit innovativen und simplen Bewässerungsdesigns, wie in der präsentierten Studie gezeigt, entgegengewirkt werden.

Die Forschung im Bereich der Abwasser- und Grauwasserreinigung mittels Vertikalbegrünung ist andauernd und unterstützt dabei deren Weiterentwicklung und nachhaltigen Einsatz. Neben der Forschung ist jedoch die Umsetzung im Gebäude ein wichtiger Schritt. Ohne ein zweites Leitungssystem ist die Trennung von Toilette und Grauwasser nicht möglich. Dass durch diese bautechnische Änderung mehr als nur Bewässerungswasser gewonnen werden kann, zeigen Beispiele aus Deutschland (ABG Nova, Nolde 2012) und wird durch den Green Deal (Europäische Kommission) sowie dem Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft (Europäische Kommission 2020) der EU untermauert.

Förderung

Projekt greenWATERrecycling - Thermische & stoffliche Grauwassernutzung zur klimatisch wirksamen Gebäudebegrünung und erneuerbaren Warmwasserbereitung: FFG-Nr. 873543, Stadt der Zukunft, 6. Ausschreibung, gefördert durch das Bundesministerium Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT), Wien, Österreich; Abwicklung durch FFG, aws und ÖGUT Projekt Urban Vertical Greening 2.0: Vertical greening for livable cities - co-create innovation for the breakthrough of an old concept: FFG-Nr. 867692, Sustainable Urbanisation Global Initiative, Food-Water-Energy Nexus, Bundesministerium Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie, Europäische Kommission; Abwicklung durch FFG.

Literatur

ABG Nova: Grauwasser-Recycling direkt vor Ort. ABG Nova GmbH, tinyurl.com/msv9ns5n, abgerufen am 28.1.2022.

Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (2012): Standortangepasste Bewässerung öffentlicher Grünflächen als Beitrag zur Klimamäßigung im urbanen Lebensraum. Endbericht zum Forschungsvorhaben KL/08/03, tinyurl.com/2np2rpke, abgerufen am 28.1.2022.

Boano, F; Caruso, A; Costamagna, E; Ridolfi, L; Fiore, S; Demichelis, F; Galvão, A; Pisoeiro, J; Rizzo, A; Masi, F (2020): A review of nature-based solutions for greywater treatment: Applications, hydraulic design, and environmental benefits. Sci. Total Environ. 711, 134731. doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.134731.

Cross, K., Tondera, K., Rizzo, A., Andrews, L., Pucher, B., Isteni?, D., Karres, N., Mcdonald, R., 2021. Nature-Based Solutions for Wastewater Treatment. IWA Publishing. doi.org/10.2166/9781789062267.

DWA-M 277:10-2017: Merkblatt DWA-M 277 Grauwasser - Hinweise zur Auslegung von Anlagen zur Behandlung und Nutzung von Grauwasser und Grauwasserteilströmen. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall.

Eppel, J (2016): Vertikalbegrünungssysteme im Begrünungsvergleich. Bauwerksbegrünung, Fassadenbegrünung, Pflanzenverwendung. In: Versuche der Landespflege, Gemeinsame Veröffentlichung der Forschungsinstitute des deutschen Gartenbaues, Ausgabe 2016, Forschungsgesellschaft Landschaftsentwicklung Landschaftsbau e. V. (FLL) (Hrg.), Bonn. tinyurl.com/fd6h57yz, abgerufen am 2.2.2022.

Eppel, J; Kendzia, N; Öchsner, J; Marsch, D; Thon, A (2012): Standortangepasste Bewässerung öffentlicher Grünflächen als Beitrag zur Klimamäßigung im urbanen Lebensraum. tinyurl.com/2np2rpke, abgerufen am 2.2.2022.

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EU 2020/741: Verordnung (EU) 2020/741 über die Mindestanforderungen an die Wasserwiederverwendung. Europäisches Parlament und der Rat der Europäischen Union (EU).

Europäische Kommission: Europäischer Green Deal, ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_de, abgerufen am 28.1.2022.

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Helmecke, M (2018): Landwirtschaftliche Nutzung von behandeltem Abwasser aus Umwelt- und Gesundsheitssicht. In: Schimmelpfennig, S; Anter, J; Heidecke, C; Lange, S; Röttcher, K; Bittner, F (Hrsg.): Tagungsband zur Fachtagung am 11./12.09.2017 in Suderburg. Thünen Working Paper, Vol. 95., S.35-46.

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DI Dr. Roza Allabashi
Autorin

Universität für Bodenkultur Wien, Department für Wasser-Atmosphäre-Umwelt, Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz

Universität für Bodenkultur Wien
Dipl.-Ing. Michael Gräf
Autor

wissenschaftlicher Projektmitarbeiter

Universität für Bodenkultur Wien
Priv.-Doz. DI Dr. Günter Langergraber
Autor

Universität für Bodenkultur Wien, Department für Wasser-Atmosphäre-Umwelt, Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz

Universität für Bodenkultur Wien
Priv.-Doz. Dipl.-Ing. Dr. Ulrike Pitha
Autorin

stellvertretende Institutsleiterin

Universität für Bodenkultur Wien
DI Bernhard Pucher
Autor

Universität für Bodenkultur Wien, Department für Wasser-Atmosphäre-Umwelt, Institut für Siedlungswasserbau, Industriewasserwirtschaft und Gewässerschutz

Universität für Bodenkultur Wien
DI Dr. Irene Zluwa
Autorin

Universität für Bodenkultur Wien, Department für Bautechnik und Naturgefahren, Institut für Ingenieurbiologie und Landschaftsbau

Universität für Bodenkultur Wien

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