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Die Gewinnung von Trink- und Nutzwasser ist eine essenzielle Aufgabe, um die Bedürfnisse der menschlichen Bevölkerung zu decken. Die verschiedenen Methoden zur Trinkwassergewinnung müssen nicht nur sicherstellen, dass ausreichend Wasser vorhanden ist, sondern auch, dass es von hoher Qualität und gesundheitlich unbedenklich ist.

Die Gewinnung von Wasser wird in Zeiten zunehmender klimatischer Extremitäten bedeutend. Derzeit sind Gebiete im Zunehmen, in denen die Wasserversorgung quantitativ und qualitativ beeinträchtigt ist.

Oberflächenwassergewinnung

Oberflächenwasser wird aus Flüssen, Seen, Talsperren und anderen oberirdischen Wasserquellen entnommen.

Methode:

• Entnahmebauwerke: Dazu gehören Pumpstationen, Stauwehre und Einlaufbauwerke, die das Wasser aus Flüssen oder Seen entnehmen.
• Aufbereitung: Das Wasser wird in Wasseraufbereitungsanlagen gefiltert, sedimentiert und desinfiziert, um Verunreinigungen und Krankheitserreger zu entfernen. Typische Aufbereitungsprozesse umfassen Koagulation, Flockung, Filtration und Chlorierung.

Vorteile:

• Große Verfügbarkeit: Leicht zugänglich und bietet große Mengen Wasser.
• Flexibilität: Kann an verschiedene Wasserbedarfe angepasst werden.

Nachteile:

• Verschmutzung: Oberflächenwasser ist anfällig für Verschmutzung durch landwirtschaftliche Abflüsse, industrielle Abwässer und städtische Einleitungen.
• Saisonalität: Verfügbarkeit kann saisonal schwanken.

Grundwassergewinnung

Grundwasser wird aus unterirdischen Wasserleitern oder Aquiferen gewonnen. Gegenüber der Gewinnung von Wasser aus Quellen ist die Gewinnung aus dem Grundwasser weitgehend unabhängig von Niederschlagsereignissen und folglich weitgehend konstanter.

Methode:

• Brunnen: Tiefe Brunnen werden gebohrt, um Wasser aus den Aquiferen zu pumpen. Es gibt verschiedene Arten von Brunnen, wie Schachtbrunnen, Schlagbrunnen und Bohrbrunnen.
• Aufbereitung: Grundwasser hat oft eine höhere Qualität als Oberflächenwasser und benötigt weniger Aufbereitung, kann aber Filtration und Desinfektion erfordern.

Vorteile:

• Hohe Qualität: Grundwasser ist oft sauberer und weniger anfällig für Verunreinigungen. Das Grundwasserfließen wirkt als Filter.
• Konstante Verfügbarkeit: Weniger saisonale Schwankungen.

Nachteile:

• Erschöpfung: Übermäßige Nutzung kann zu einer Absenkung des Grundwasserspiegels führen.
• Kosten: Das Bohren und Betreiben von Brunnen kann teuer sein.

Quellwassergewinnung

Quellwasser stammt aus natürlichen Quellen, an denen Grundwasser an die Erdoberfläche tritt. Eine Quelle ist eine Stelle, an der das Grundwasser natürlich zutage tritt. Aufgrund der geomorphologischen sowie der geologischen Situation ergeben sich diverse Arten von Quellen, nämlich Schichtquellen, Stauquellen, Überlaufquellen, Verengungsquellen, Spaltenquellen und Verwerfungsquellen.

Methode:

• Quellfassungen: Einrichtungen zur Sammlung des Quellwassers, oft in Schutzgebieten, um Verunreinigungen zu vermeiden.
• Aufbereitung: Meist minimal, da Quellwasser oft von hoher Qualität ist. Eine einfache Desinfektion kann ausreichend sein.

Vorteile:

• Hohe Qualität: Natürliche Filtration durch Bodenschichten.
• Nachhaltigkeit: Bei richtiger Nutzung eine langfristige Wasserquelle.

Nachteile:

• Begrenzte Menge: Die Verfügbarkeit kann begrenzt sein und von der natürlichen Quellschüttung abhängen.
• Schutzbedarf: Schutzmaßnahmen sind notwendig, um Verunreinigungen zu verhindern.

Regenwassergewinnung

Regenwasser wird gesammelt und für Trinkwasserzwecke aufbereitet.

Methode:

• Sammelsysteme: Dachrinnen und Auffangbehälter sammeln das Regenwasser.
• Filtration und Desinfektion: Das gesammelte Regenwasser wird gefiltert und desinfiziert, um Verunreinigungen zu entfernen.

Vorteile:

• Nachhaltigkeit: Umweltfreundliche Methode, um die Wasserversorgung zu ergänzen.
• Kosten: Niedrige Anfangsinvestitionen und keine laufenden Wasserbezugsgebühren.

Nachteile:

• Saisonalität: Verfügbarkeit hängt von den Niederschlagsmustern ab.
• Qualität: Kann durch Dachmaterialien und atmosphärische Verunreinigungen belastet sein.

Meerwasserentsalzung

Eine Meerwasserentsalzung ist ein Prozess der Entfernung von Salz und anderen Mineralien aus Meerwasser.

Methode:

• Umkehrosmose: Meerwasser wird durch eine semipermeable Membran gedrückt, die Salz und andere Verunreinigungen zurückhält.
• Destillation: Meerwasser wird erhitzt, um Dampf zu erzeugen, der dann kondensiert und als Süßwasser gesammelt wird.

Vorteile:

• Unbegrenzte Verfügbarkeit: Besonders in Küstenregionen praktisch unbegrenzt verfügbar.
• Zuverlässigkeit: Unabhängig von Niederschlagsmustern.

Nachteile:

• Hohe Kosten: Sehr hohe Betriebskosten und Energiebedarf.
• Umweltauswirkungen: Entsorgung von Salzkonzentraten kann negative Auswirkungen auf marine Ökosysteme haben.

Brackwasserentsalzung

Als Brackwasser wird Wasser, das aus Salz- und Süßwasser besteht, etwa in Meeresbusen, in Mündungsgebieten von Flüssen, im Bereich von Unterseequellen, aber auch bei Grundwasser, das in Verbindung zu tiefem oder fossilem Grundwasser steht. Brackwasser hat einen niedrigeren Salzgehalt als Meerwasser, aber einen zu hohen Salzgehalt, um als Trinkwasser verwendet zu werden, und wird in Küstennähe oder in Binnengebieten gefunden.

Methode:

• Umkehrosmose: Wie bei der Meerwasserentsalzung, aber mit geringeren Betriebsdrücken und Kosten.
• Elektrodialyse: Ionen werden durch elektrische Felder durch halbdurchlässige Membranen bewegt, um Salz zu entfernen.

Vorteile:

• Niedrigere Kosten als Meerwasserentsalzung: Weniger Energie erforderlich.
• Verfügbarkeit: Gute Alternative in salzigen Binnengebieten.

Nachteile:

• Salzrückstände: Erfordert die Entsorgung von konzentriertem Salzabfall.
• Energiebedarf: Immer noch relativ hoch im Vergleich zu traditionellen Methoden.

Die Methoden zur Trinkwassergewinnung variieren stark in ihrer Anwendung, Kosten und Nachhaltigkeit. Oberflächenwasser- und Grundwassergewinnung sind die traditionellsten Methoden und weit verbreitet. Quellwasser stellt eine hochwertige und oft kostengünstige Option dar, die allerdings zeitlich schwankend sein können. Demgemäß soll das Verhältnis zwischen kleinster und größter Schüttung ausgeglichen sein und nicht weniger als 1:10 betragen [1].

Die Wassergewinnung aus Niederschlagswasser wird vor allem in Gebieten gewählt, in denen Wassermangel besteht. Das Wasser wird aus Oberflächen und Dachflächen gesammelt. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, das Wasser zu filtrieren.

Meerwasser- und Brackwasserentsalzung sind besonders in wasserarmen Küstenregionen wichtig, trotz ihrer hohen Kosten und des Energiebedarfs. Die Wahl der optimalen Methode hängt von den lokalen Gegebenheiten, der benötigten Wassermenge und den wirtschaftlichen Rahmenbedingungen ab.

Im Rahmen der Wassergewinnung wird grundsätzlich wie folgt priorisiert [2]. Entsprechend der Reihenfolge nimmt auch die Wassergüte ab:

1. Grundwasser – Einzugsgebiet anthropogen unbelastet, schützbar, ohne Aufbereitung
2. Grundwasser – Einzugsgebiet anthropogen unbelastet, schützbar, geogen bedingt einfache Aufbereitung
3. Grundwasser – Einzugsgebiet anthropogen unbelastet, mit Aufbereitung wegen mikrobiologischer Belastungen bei Grundwasserleitern mit schlechter Reinigungsfunktion, insofern teilwirksam schützbar
4. Grundwasser – Einzugsgebiet anthropogen belastet, aber schützbar, ohne oder mit Aufbereitung, ggf. übergangsweise bei Sanierungsfällen
5. Uferfiltrat – Einzugsgebiet anthropogen unbelastet, schützbar, ohne oder mit Aufbereitung
6. Talsperren-, See- oder Flusswasser – Einzugsgebiet anthropogen unbelastet, schützbar, mit Aufbereitung
7. Talsperren- oder Seewasser – Einzugsgebiet anthropogen belastet, aber schützbar, mit Aufbereitung
8. Grundwasseranreicherung – durch Infiltration von unbelastetem oder aufbereitetem Oberflächenwasser, ohne oder mit Aufbereitung des gewonnenen Mischwassers
9. Uferfiltrat – Einzugsgebiet anthropogen belastet, ohne oder mit Aufbereitung
10. Grundwasseranreicherung – durch Infiltration von anthropogen belastetem Oberflächenwasser,
    mit Aufbereitung des gewonnenen Mischwassers
11. Flusswasserentnahme – Einzugsgebiet anthropogen belastet, mit Aufbereitung“.

Eine Wasserwirtschaft ist dann „nachhaltig“, wenn jenes Wasser in Betracht gezogen wird, das im Wasserkreislauf steht und folglich verdunstet und als Niederschlag wieder zurückkehrt. Dies gilt insbesondere mit Blick auf das Grundwasser.

Literatur:

[1] Bernward Hölting & Wilhelm G. Coldwey: „Hydrogeologie – Einführung in die Allgemeine und Angewandte Hydrogeologie“, Springer Spektrum, Berlin 2019

[2] Peter Fritsch, Werner Knaus, Gerhard Merkl, Erwin Preininger, Joachim Rautenberg, Matthias Weiß, Burkhard Wricke: „Mutschmann/Stimmelmayr – Taschenbuch der Wasserversorgung“, Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2019