Abwasser als Ressource - Technologie und Digitalisierung als Schlüssel

Abwasser als kreislaufwirtschaftliche Ressource unmittelbar zu nutzen stellt einen Paradigmenwechsel für die Wasserwirtschaft, insbesondere die industrielle Abwasserreinigung dar. Potentiale ausschöpfen beginnt mit Datenerhebung, Datenauswertung und dem Ableiten von Lösungen. 

Im Bereich Wiederverwertung und Kreislaufwirtschaft erforschen und entwickeln wir Lösungen, die die versteckten Ressourcen im Abwasser nutzbarer machen, gleichzeitig Wasser sparen und die Wasserqualität verbessern.

Abwasser und Ressourceneffizienz: Blick in den Globalen Norden

Der enorme Anstieg der Urbanisierung und der Wirtschaftstätigkeit zwingt städtische Gebiete zunehmend, ihre Abwasserdienstleistungen zu verbessern. Da viele Elemente der Abwasserinfrastruktur eine Lebensdauer von 50 bis 100 Jahren oder sogar länger haben, haben die heute getroffenen Entscheidungen langfristige Auswirkungen und müssen daher eher auf zukünftigen als auf aktuellen oder vergangenen Szenarien basieren.

Um das Potenzial für eine verbesserte Nachhaltigkeit auszuschöpfen, muss die Branche ihre Herangehensweisen und Annahmen zur Bewirtschaftung der Abwasserressourcen grundlegend ändern, einschließlich der Schaffung dringend benötigter neuer Abwassersysteme und der Einbeziehung von Digitalisierung.

Die Rückgewinnung von Ressourcen ist derzeit nicht einfach zu realisieren. Dies ist teilweise darauf zurückzuführen, dass neu entstehende Konzepte und Methoden Bestandteile eines komplexen integrierten Ansatzes sind, in dem Wasserwiederverwendung, Nährstoffrecycling und Energieerzeugung in Infrastruktur eingebettet werden sollen, die nicht für diese vielfältigen Zwecke entwickelt wurde.

Darüber hinaus funktionieren Abwasserservicesysteme oft isoliert und berücksichtigen selten Faktoren und Einflüsse, die über den traditionellen technischen Bereich hinausgehen.

Mikroplastik Wiederverwertung und Kreislaufwirtschaft
Gebündeltes Wissen: Wasser und Abwasser

Abwasser neu denken - Digitalisierung nutzen

Versorgungsprinzip ist das Leitbild der Wasserwirtschaft

Seit Jahren wird die Abwasserwirtschaft mit der kontinuierlichen Veränderung in den Konzentrationen von Mikroschadstoffen in Wässern konfrontiert. Nimmt man die Wasserrahmenrichtlinie, so ist das übergeordnete Ziel des Wasserqualitätsmanagements die Gewährleistung einer guten Wasserqualität der europäischen Oberflächen- und Grundwasserkörper (EU-Richtlinie 2000/60 / EG).

Die Belastung der unterschiedlichen Gewässerkörper ist jedoch an vielen Orten so hoch, dass der geforderte „gute chemische Zustand“ der Oberflächengewässer bei mehr als der Hälfte der Fläche derzeit verfehlt wird. Auch der Einfluss beispielsweise der Meere als Senken ist hier zu berücksichtigen (EU Richtlinie 2008 / 105 / EG und Richtlinie 91 / 676 / EG) und in die Auswertungen einbezogen werden.

Zudem ist das Vorsorgeprinzip in vielen internationalen Übereinkommen wie etwa der UN-Klimarahmenkonvention und dem OSPAR-Übereinkommen zum Schutz der Meeresumwelt des Nordostatlantiks verankert. Auf nationaler (deutschen) Ebene verfolgt die Bundesregierung im Rahmen der „Digitalisierungsstrategie des Bundes“ die Entwicklung im Bereich des Vorsorgeprinzips.

Für den Bereich der Wasserwirtschaft wurden u.a. die in der nachfolgenden Grafik beschriebenen Bereiche und Tätigkeitsfelder sowie Handlungsebenen in Hinblick auf die Erreichung der Nachhaltigkeitsziele beschrieben.

Digitalisierung und Einsatz von Künstlicher Intelligenz

Unsere Forschung verknüpft wissenschaftlich erhobene Daten mit praktikablen Handlungsempfehlungen , so dass aus Daten, Werte generiert und digitale Methoden (maschinelles Lernen, künstliche Intelligenz (KI) zielführend eingesetzt und genutzt werden. 
Die Anforderungen an die Reinigungsleistung von Kläranlagen ergeben sich direkt aus den Anforderungen des Gewässerschutzes. Der hohe Stand der Abwasserreinigung hat durch die Verringerung der Gewässerbelastungen mit Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor wesentlich zur Verbesserung der Wasserqualität der Gewässer beigetragen, doch die Komplexität an Verunreinigungen und die Limitationen der Reinigungsleistungen nehmen stetig zu.

Neben dem Gewässerschutz sind heute Themen wie Energieeffizienz und die Betrachtung des Abwassers als wertvolle Ressourcenquelle (NEW–Ansatz: Nährstoff – Energie – Wasser Recycling aus Abwasser) ebenso wichtig wie die Minimierung des ökologischen Fußabdrucks durch weitergehende Entfernung anthropogener Verunreinigungen mit potentiell adversen Effekten im Gewässer.

Ein Prozessleitsystem einer Kläranlage liefert per sé eine hohe Datenqualität in der Überwachung (Hydrometrie, Betriebsführung, u.a.). Ergänzt durch Big Data mittels Low Cost Sensoren, Echtzeitüberwachung, Vernetzung und Monitoring liefern sie die Spielwiese für KI-Expert*innen und Lösungsforscher*innen, wie wir es sind. Das Problem, dass unstrukturierte Datenansammlungen mit herkömmlicher IT-Infrastruktur nicht mehr zu bändigen sind, kann durch die Nutzung von Big Data (Data Science / Data Analytics) behoben werden. Hierzu werden die großen Datenmengen gesammelt und mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz, des maschinellen Lernens und dem praxisnahen Expertenwissen geordnet und analysiert. Aus Daten entstehen Werte.

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