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Potentiale einer am Kreislaufgedanken orientierten Wasserbewirtschaftung in urbanen Oekosystemen

Die bestehende Stadtentwaesserung ist auf die schnelle Ableitung von Abwaessern inkl. des Niederschlagswassers optimiert. In einem extrem dicht besiedelten und durch vielfaeltige Flaecheninanspruchnahme gekennzeichneten Gebiet wird abgeschaetzt, welches Potential die am Prinzip von Nachhaltigkeit und Kreislauffuehrung von Stoffen orientierten alternativen Vorgehensweisen der Wasserbewirtschaftung besitzen. Dabei werden die Wahrung des Entwaesserungskomforts und die Preisgestaltung beruecksichtigt.

Weitergehende Behandlungsstufen zur Entfernung gelöster Stoffe, TP2.7: Entwicklung von Adhäsionsvermittlerpeptiden mit Enzymfunktionalität zur Elimination von gelösten Stoffen

Forschergruppe (FOR) 1525: INUIT - Ice Nuclei research UnIT, Vom Labor ins Feld: Untersuchungen zum Immersionsgefrieren von atmosphärenrelevanten Eisnukleationskeimen

Das hier vorgeschlagene Projekt, RP6 in INUIT-2, zielt darauf hin, fundamentales Prozessverständnis in Bezug auf heterogene Eisnukleation zu erzielen, und hier besonders auf die Rolle von biogenen Eiskeimen und von Eiskeimen die aus Mischungen von biogenem und mineralischem Material bestehen. Der Leipzig Aerosol Cloud Interaction Simulator (LACIS) wird dazu verwendet werden, das Immersionsgefrierverhalten einer Reihe von verschiedenen Eiskeimen zu untersuchen, darunter biogene (von Pilzen stammende) Eiskeime, solche die aus einer Mischung von biogenem und mineralischem Material bestehen wie Bodenstäube und Proben die innerhalb von INUIT-2 als Test-Materialen verwendet werden. Letztere werden von verschiedenen Gruppen von innerhalb und außerhalb von INUIT vermessen werden, und die Ergebnisse werden Vergleichen unterzogen werden, ähnlich denen, die bereits für einfachere Test-Materialien in INUIT-1 erfolgreich durchgeführt worden sind. Für die Eiskeime, die zur Untersuchung in RP6 vorgeschlagen werden, wird in sinnvollen und machbaren Fallen eine Oberflächenbehandlung durchgeführt werden, mit reaktiven und mit chemisch inerten Substanzen, deren Einfluss auf die Eiskeimfähigkeit dann untersucht wird. Wie bereits in früheren LACISStudien dokumentiert, sind kontrollierte Oberflächenbehandlungen ein ausgezeichnetes Instrument um zu ermitteln, was dazu führt, dass ein Partikel ein effektiver Eiskeim ist. Zusätzlich erhellen diese Untersuchungen den Effekt der Alterung auf die Eiskeime. Es ist auch geplant, die Messungen auszuweiten, hin zu Bedingungen unter denen eine Untersättigung bezüglich Wasserdampf vorliegt. Es soll untersucht werden in wie weit sich die Eiskeimbildung unter diesen Bedingungen verhält wie es im Fall von Immersionsgefrieren in konzentrierten Lösungen zu erwarten wäre. Von all den experimentell erhaltenen Daten werden verschiedene Parametrisierungen abgeleitet, sowohl zeit-abhängige als auch zeit-unabhängige, die dann der Wissenschaftsgemeinschaft für die weitere Verwendung in Modellen zur Verfügung gestellt werden. Die hier vorgeschlagenen Studien werden die bereits erfolgreich an LACIS während INUIT-1 durchgeführten Arbeiten ergänzen, da die Arbeiten in INUIT-1 stärker auf die Untersuchung reiner Mineralstäube und reiner biogener Substanzen hinzielten. Die Untersuchung von komplexeren und entsprechend mehr atmosphärenrelevanten Eiskeimen wird signifikant dazu beisteuern, atmosphärische Eiskeimbildung generell besser zu verstehen, und die entsprechenden Beiträge von mineralischen und biogenen Substanzen zu quantifizieren.

Messsystem mit plasmonischem Sensor für die Vor-Ort-Analyse der E. coli-Belastung für die Wasserwiederverwendung, Teilvorhaben: Anwendungsbedingungen und praktische Erprobung des E. coli-Sensors für Zwecke der Wasserwiederverwendung und weiterer Anwendungsfelder

Nichtöffentliche Wasserversorgung

<p> <p>Energieerzeuger, Industrien, Bergbauunternehmen und Landwirtschaft decken ihren Wasserbedarf fast ausschließlich über eigene Gewinnungsanlagen. 2022 entnahmen sie 12,5 Mrd. m³ Wasser. In Deutschland wird das meiste Wasser mit 6,9 Mrd. m³ von der Energieversorgung entnommen. Für die Anlagenkühlung nutzen die Betriebe der nicht öffentlichen Wasserversorgung 2022 ca. 83 % des entnommenen Wassers.</p> </p><p>Energieerzeuger, Industrien, Bergbauunternehmen und Landwirtschaft decken ihren Wasserbedarf fast ausschließlich über eigene Gewinnungsanlagen. 2022 entnahmen sie 12,5 Mrd. m³ Wasser. In Deutschland wird das meiste Wasser mit 6,9 Mrd. m³ von der Energieversorgung entnommen. Für die Anlagenkühlung nutzen die Betriebe der nicht öffentlichen Wasserversorgung 2022 ca. 83 % des entnommenen Wassers.</p><p> Sinkender Wasserbedarf, sinkende Wasserentnahmen <p>Im Jahr 2022 entnahmen Energieversorgung, Bergbau und verarbeitendes Gewerbe sowie die Landwirtschaft insgesamt eine Wassermenge von etwa 12,5 Milliarden Kubikmeter (Mrd. m³), im Wesentlichen über eigene Gewinnungsanlagen aus Oberflächengewässern oder Grundwasser. Die Wasserentnahmen in Deutschland für die Energieversorgung, Bergbau und verarbeitendes Gewerbe waren 2022 weiterhin rückläufig. Seit dem Jahr 1991 sanken die Wasserentnahmen für Energie, Bergbau und verarbeitendes Gewerbe über eigene Gewinnungsanlagen von 41,3 Mrd. m³ auf 12,1 Mrd. m³. &nbsp;</p> <p>Die Betriebe verwenden nicht nur selbstgewonnenes Wasser, sondern erhalten zusätzlich einen geringen Teil - den sogenannten Fremdbezug - über die <a href="https://www.umweltbundesamt.de/node/11076">Öffentliche Wasserversorgung</a> oder aus anderen Unternehmen. Im Jahr 2022 ergab sich insgesamt aus Eigengewinnung und Fremdbezug eine Wassermenge von 14,3 Mrd. m³ für die Betriebe der Energieversorgung, des verarbeitenden Gewerbes, des Bergbaus und der Landwirtschaft. Dies war die Wassermenge, die in den Betrieben als Kühl- oder Produktionswasser, Bewässerungswasser beziehungsweise für die Versorgung der Belegschaft genutzt wurde. Tatsächlich war das Wasseraufkommen der Betriebe geringer, da rund 0,9 Mrd. m³ dieser Wassermenge ungenutzt an Dritte abgegeben wurde.</p> </p><p> Hoher Kühlwasserbedarf bei der Energieversorgung <p>Der Wasserbedarf der einzelnen Branchen ist unterschiedlich hoch. In Deutschland hat die Energieversorgung den größten Wasserbedarf. Die entnommene Wassermenge wird fast ausschließlich zu Kühlzwecken eingesetzt.</p> <p>Für die Energiebereitstellung entnahmen die Energieversorger im Jahr 2022 ca. 6,9 Mrd. m³, das sind rund 38,6 % der Gesamtentnahmen von 17,9 Mrd. m³ aller relevanten Nutzergruppen . Dabei deckten die Kraftwerke ihren Wasserbedarf nahezu vollständig über eigene Gewinnungsanlagen aus Oberflächengewässern. Der fremdbezogene Anteil lag bei etwa 3,6 %, dadurch lag das Wasseraufkommen für die Energieversorgung bei 7,2 Mrd. m³. Das Wasser wurde nach dem Gebrauch zu großen Teilen wieder in die anliegenden Oberflächengewässer eingeleitet (siehe Abb. „Wasseraufkommen für die Energieversorgung“). Verdunstet sind rund 0,45 Mrd. m³ bei der Kühlung von Kraftwerken.</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/2_abb_wasseraufk-energieversorg_2025-05-07.png"> </a> <strong> Wasseraufkommen für die Energieversorgung </strong> Quelle: Statistisches Bundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_abb_wasseraufk-energieversorg_2025-05-07.pdf">Diagramm als PDF (133,65 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/2_abb_wasseraufk-energieversorg_2025-05-07.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (24,53 kB)</a></li> </ul> </p><p> <p>Bei den Unternehmen des Bergbaus und der Verarbeitenden Gewerbe verzeichnen wir eine andere Entwicklung. Zwar nahm auch hier der Wasserbedarf kontinuierlich ab, aber seit dem Jahr 2001 stieg der Anteil der Wassermenge, die über Dritte bezogen wurde an. Zum Vergleich: Im Jahr 2001 betrug die Wassermenge aus Eigengewinnung und Fremdbezug ca. 8,65 Mrd. m³, der Anteil des Fremdbezuges betrug 10,3 %. Dagegen stieg die Fremdversorgungsquote im Jahr 2019 auf 23,3 % bei einem Wasseraufkommen von ca. 7,0 Mrd. m³. Dies scheint sich wieder zu ändern: Im Jahr 2022 sanken der Anteil aus Eigengewinnung als auch der Fremdbezug, zusammen um rund 5 % gegenüber 2019 (siehe Abb. „Wasseraufkommen im Bergbau und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/verarbeitenden-gewerbe">verarbeitenden Gewerbe</a>“).</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/3_abb_wasseraufk-bergbau-verarb-gew_2025-05-07.png"> </a> <strong> Wasseraufkommen im Bergbau und verarbeitenden Gewerbe </strong> Quelle: Statistisches Bundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_abb_wasseraufk-bergbau-verarb-gew_2025-05-07.pdf">Diagramm als PDF (134,85 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/3_abb_wasseraufk-bergbau-verarb-gew_2025-05-07.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (24,55 kB)</a></li> </ul> </p><p> Effizienter Wassereinsatz durch Mehrfach- und Kreislaufnutzung <p>Im Jahr 2022 betrug das eingesetzte Frischwasser in Deutschland für die Hauptsektoren Bergbau, verarbeitendes Gewerbe, Energieversorgung und Landwirtschaft insgesamt 14,3 Mrd. m³. Seit 1991 ging die eingesetzte Wassermenge in Kühl- und Produktionsprozessen von 29 Mrd. m³ deutlich &nbsp;zurück. Das liegt in erster Linie an dem effizienten Umgang mit Wasser, der auch durch Mehrfach- und Kreislauftechnologien unterstützt wird. Mehrfachnutzung bedeutet, dass die eingesetzte Wassermenge nacheinander für verschiedene Zwecke genutzt wurde, bei einer Kreislaufnutzung wurde das Wasser umgewälzt und für denselben Zweck wiedergenutzt.</p> </p><p> Kühlwasser: Regionale Unterschiede beachten <p>Die Auswertung des für die Kühlung in allen Sektoren eingesetzten Wassers verdeutlicht regionale Unterschiede. So ist der Kühlwasserbedarf in &nbsp;den meisten Flussgebietseinheiten (FGE) deutlich gesunken: In der FGE Rhein 2022 auf 5,8 Mrd. m³ (2013: 8,2 Mrd. m³) und in der FGE Weser von 3,5 Mrd. m³ 2013 auf 1,3 Mrd. m³ 2022. Die für Kühlzwecke eingesetzte Wassermenge in der FGE Elbe &nbsp;ist nach zwischenzeitlichem Anstieg Mitte der 2010er Jahre 2022 deutlich auf 1,4 Mrd. m³ zurück gegangen (2013: 3,4/ 2016: 4,3 Mrd. m³). In der FGE Donau ist die eingesetzte Kühlwassermenge 2022 mit 1,9 Mrd. m³ gegenüber 2016 leicht angestiegen (1,7 Mrd. m³). In allen anderen FGE liegen die eingesetzten Kühlwassermengen auf sehr viel niedrigerem Niveau.</p> </p><p> Nutzung verschiedener Wasserquellen <p>Im Jahr 2022 gewannen die produzierenden und <a href="https://www.umweltbundesamt.de/service/glossar/verarbeitenden-gewerbe">verarbeitenden Gewerbe</a> etwa 76,6 % ihrer Wassermenge aus Oberflächengewässern, das heißt aus Flüssen, Seen oder Talsperren sowie aus Meer- und Brackwasser und z.B. Niederschlag. Weitere 17,1 % entnahmen sie aus Grund- und Quellwasser sowie etwa 6,4 % aus Uferfiltrat und angereichertem Grundwasser.</p> <p>Interessant ist ein Vergleich mit der Landwirtschaft. Im Jahr 2016 betrugen die Wasserentnahmen für die Landwirtschaft etwa 0,3 Milliarden Kubikmeter, im Jahr 2022 bereits 0,45 Mrd. m³. Der Anteil an den Gesamtwasserentnahmen betrug 2022 2,5%. Insbesondere für die Bewässerung versorgt sich die Landwirtschaft aus Grundwasservorkommen. Die Grundwasserentnahmen lagen im Jahr 2022 bei ca. 69,1 %, 27,8 % wurde aus Oberflächengewässern entnommen (siehe Abb. „Wassergewinnung nichtöffentlicher Betriebe 2022“).</p> <a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/4_abb_wassergewinn-nichtoeffent-betriebe_2025-05-07.png"> </a> <strong> Wassergewinnung nichtöffentlicher Betriebe 2022 </strong> Quelle: Statistisches Bundesamt Downloads: <ul> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_abb_wassergewinn-nichtoeffent-betriebe_2025-05-07.pdf">Diagramm als PDF (342,17 kB)</a></li> <li><a href="https://www.umweltbundesamt.de/system/files/medien/384/bilder/dateien/4_abb_wassergewinn-nichtoeffent-betriebe_2025-05-07.xlsx">Diagramm als Excel mit Daten (31,43 kB)</a></li> </ul> </p><p> </p><p>Informationen für...</p>

Entfernung von toxischen Schwermetallen aus industriellen Abwässern unter Verwendung immobilisierter Makroalgenbiomasse

Mit dem Projekt wird das Ziel verfolgt, ein wirtschaftlich einsetzbares Verfahren zur Schwermetallentfernung auf der Grundlage von Algenbiomasse zu entwickeln. Die Grundlage für die Antragstellung bilden die Ergebnisse, die zur Abtrennung von Schwermetallen aus der wässrigen Phase im Sonderforschungsbereich 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 'Biologische Behandlung industrieller und gewerblicher Abwässer' an der Technischen Universität Berlin in der 3. und 4. Förderphase von 1997 bis 2001 unter Verwendung von Mikroalgenbiomasse erreicht wurden. Mit dem Forschungsvorhaben soll versucht werden, dem Problem der Bereitstellung preiswerter Biomasse näher zu kommen. Hierzu können marine Makroalgen, die aus dem Meer gewonnen werden oder die bereits zur Wertstoffgewinnung verwendet werden, dienen. Bisher sind in den Teilprojekten F2 und F3 des Sonderforschungsbereichs 193 der Deutschen Forschungsgemeinschaft 30 verschiedene Mikroalgen aus unterschiedlichen Bezugsquellen eingesetzt worden. Der gegenwärtige Stand der Untersuchungen im Hinblick auf Aufnahmekapazität und -geschwindigkeit der Schadstoffe lässt Rückschlüsse auf eine erfolgversprechende technische Anwendungsmöglichkeit zu. Voraussetzung dafür ist die Lösung des Problems des durch die Kultivierungsbedingungen für die Mikroalgen noch zu hohen Preises für die Biomasse. Zeigen Makroalgen im Vergleich zu den Mikroalgen ähnliche positive Eigenschaften im Hinblick auf die Aufnahmefähigkeit (Kapazität, Selektivität) für Schwermetallionen, so könnten Immobilisate auf der Basis von Makroalgenbiomasse eine Alternative darstellen. Neben den bereits im Sonderforschungsbereich 193 eingesetzten Metallen Blei, Nickel, Cadmium, Zink und Kupfer ist die Ausdehnung der Untersuchungen auf weitere Metalle geplant, die als Kontaminationen in der Abwasseraufbereitung unterschiedlicher Herkunftsquellen eine wichtige Rolle spielen. Vorgesehen ist eine Erweiterung auf die Metalle Chrom (Cr+3) und Arsen (As). Der Schwerpunkt der Untersuchungen sollte auf industriell nutzbaren preiswerten Makroalgen liegen, die in großer Menge als Biomassenquelle vorhanden sind und leicht beschafft werden können.

Einfluss des organischen Materials auf Transformationsprozesse

Oxidationsverfahren werden seit Jahrzenten in der Wasseraufbereitung z.B. zur Desinfektion eingesetzt. In den letzten Jahren wird zudem Ozon als mögliche Aufbereitungsstufe für den Abbau von Schadstoffen in der Abwasseraufbereitung diskutiert und z. T. eingesetzt. Da Schadstoffe in der Regel nicht mineralisiert werden, kommt es zur Bildung einer Vielzahl von Transformationsprodukten, die in manchen Fällen eine größere toxische Wirkung haben können als ihre Ausgangssubstanzen. Diese Transformationsprozesse sind sehr komplex und wurden in den letzten Jahren intensiv in definierten Reinstwassersystemen untersucht. Hauptbestandteile der Wassermatrix wie z. B. organisches Material können jedoch ebenfalls in die Reaktionen eingreifen und ggf. die Bildung von Tranformationsprodukten beeinflussen. Dies ist möglich, da die Komplexen Transformationsprozesse häufig über die Bildung reaktiver Zwischenstufen geschieht. Das sind Übergangsprodukte wie N-zentrierte Radikale (Aminylradikale), die z.B. bei der Ozonung gebildet werden können. Die Reaktion dieser Radiale ist jedoch bisher kaum untersucht, so dass es schwer ist Transformationsreaktionen in Realsystemen vorherzusagen. Das vorliegende Projekt beschäftigt sich mit dem Einfluss von Matrixkomponenten auf Transformationsprozesse. Dabei sollen die Reaktionen reaktiver Zwischenstufen mit Modelverbindungen untersucht werden, die bestimmte funktionelle Gruppen des organischen Materials repräsentieren, wie z.B. phenolische Verbindungen. Im weiteren Projektverlauf soll der Einfluss komplexerer Substanzen wie Huminsäuren untersucht werden. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen Transformationsprozesse in realen Systemen besser zu verstehen und somit die Vorhersage von ggf. problematischen Transformationsprodukten zu erleichtern.

Wassersparmassnahmen, Regen- und Grauwassernutzung

Es koennen zu Wassersparmassnahmen in Haushalten, Planungen von Anlagen zur Regenwasser- und Grauwasserreinigung und -nutzung sowie zu Planungen von Regenwasserversicherungen Kostenvergleichsrechnungen durchgefuehrt werden und zwar fuer zentrale und dezentrale Abwasserreinigungsmassnahmen sowie fuer Planungen von einfachen Klaeranlagen im laendlichen Raum (Abwasserteiche, Pflanzenklaeranlagen).

Wissenschaftliche Begleitung und Optimierung eines produktionsintegrierten Verfahrens zur Betriebswasserrueckgewinnung in einer Spezialfabrik und Bau einer Demonstrationsanlage im grosstechnischen Massstab

STARK Zukunftsfähige und klimaresiliente Wasserwirtschaft im Rheinischen Revier

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