Bei Grauwasser handelt es sich um den fäkalien- und urinfreien Anteil des häuslichen Schmutzwassers. In Grauwassernutzungsanlagen wird Grauwasser gesammelt, behandelt und unter Berücksichtigung von Qualitätszielen zur Nutzung als hygienisch unbedenkliches Betriebswasser bereitgestellt. Dieses Betriebswasser kann als Ersatz für Trinkwasser – zum Beispiel zur Gartenbewässerung, WC-Spülung oder zum Wäschewaschen und zur Raumreinigung – verwendet werden.
Ziel der Grauwassernutzung ist die Verringerung des Trinkwasserbedarfs. Die Wiederverwertung von Grauwasser reduziert die Trinkwasserkosten und Abwassergebühren und schont zugleich die kostbaren Wasserressourcen. Zusätzlich kann durch eine vorgeschaltete Wärmerückgewinnung aus Grauwasser wertvolle Energie gewonnen werden.
Grauwassernutzungsanlagen kommen mittlerweile in allen gängigen Gebäudetypen zum Einsatz, etwa in Ein- und Mehrfamilienhäusern, Hotels, Studentenwohnheimen, Sport- und Freizeiteinrichtungen sowie Gewerbe- und Industriegebäuden. Die fachgerechte Planung und Ausführung von Grauwassernutzungsanlagen stellen allerdings hohe Anforderungen an die beteiligten Sanitärfachleute.
Regelwerke
In Deutschland und Europa existierten lange Zeit kaum Vorgaben zur Grauwassernutzung. Im Oktober 2017 erschien dann das Merkblatt DWA-M 277 „Hinweise zur Auslegung von Anlagen zur Behandlung und Nutzung von Grauwasser und Grauwasserteilströmen“. Das Merkblatt entstand in enger Zusammenarbeit zwischen der Fachvereinigung Betriebs- und Regenwassernutzung e. V. (fbr) in Darmstadt, des Bildungs- und Demonstrationszentrums für dezentrale Abwasserbehandlung e. V. (BDZ) in Leipzig und der Deutschen Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. (DWA) in Hennef. Es ist inhaltsgleich mit dem fbr-Hinweisblatt H 202.
Das Merkblatt DWA-M 277 beschreibt die wichtigsten Grundlagen für die Planung und Auslegung sowie für den Bau, Betrieb und die Wartung von Grauwassernutzungsanlagen für die verschiedenen Nutzungszwecke oder die Einleitung in ein Gewässer. Dabei werden insbesondere folgende Aspekte behandelt:
Ein Entwurf zur Euronorm DIN EN 16941-2 „Vor-Ort-Anlagen für Nicht-Trinkwasser – Teil 2: Anlagen für die Verwendung von behandeltem Grauwasser“ erschien ebenfalls im Oktober 2017.
Bild: Hansgrohe
Grauwasserqualität und -quantität
Bezüglich der Beschaffenheit von Grauwasser kann davon ausgegangen werden, dass das Schmutzwasser von Duschen, Badewannen und Waschbecken am geringsten belastet ist. Das Schmutzwasser von Küchenspülen und Geschirrspülmaschinen ist dagegen am stärksten belastet. Tabelle 1 des DWA-Merkblatts M 277 „Beschaffenheit von Grauwasser“ verdeutlicht die große Schwankungsbreite der Grauwasserbelastung.
In Tabelle 2 des Merkblatts werden folgende Grauwassertypen unterschieden:
Die in Tabelle 2 aufgeführten Belastungswerte dienen der Orientierung; Gleiches gilt für die Angaben der anfallenden Grauwassermengen aus den einzelnen Herkunftsbereichen in Liter pro Einwohner und Tag.
Mikrobiologische Belastungen weisen die Grauwässer aller Herkunftsbereiche auf, die erfahrungsgemäß hohen Schwankungen unterliegen können. Zu diesem Thema befindet sich im Merkblatt DWA-M 277 im Anhang B die Tabelle B.1 „Mikrobiologische Belastung von Grauwasser in Abhängigkeit des Herkunftsbereichs“. Mikrobiologische Belastungen gelangen in das Grauwasser etwa beim Händewaschen, Duschen sowie beim Wäschewaschen oder Zubereiten von Lebensmitteln.
Planung von Grauwassernutzungsanlagen
Grauwassernutzungsanlagen müssen so geplant, eingebaut, gekennzeichnet, betrieben und gewartet werden, dass die notwendige Betriebssicherheit jederzeit sichergestellt ist und die erforderlichen Arbeiten zur Instandhaltung leicht durchgeführt werden können.
Grauwassernutzungsanlagen bestehen in der Regel aus folgenden funktionalen Elementen:
Durch Grauwassernutzungsanlagen dürfen grundsätzlich keine Überflutungen verursacht werden. Überflutungen sind durch ausreichend dimensionierte Überläufe zu verhindern.
Wird der Überlauf an die Kanalisation angeschlossen, muss die Sicherheit gegen Rückstau beachtet werden. Wenn eine unmittelbare Gefahr des Rückstaus aus der Kanalisation besteht, so muss ein Rückstauverschluss in die Überlaufleitung eingebaut werden; gegebenenfalls ist das Überlaufwasser über eine Abwasserhebeanlage für „fäkalienfreies Abwasser“ gemäß DIN EN 12050-2 abzuleiten.
Beim Einbau eines Rückstauverschlusses in die Überlaufleitung von Grauwassernutzungsanlagen sind gemäß Tabelle 4 der DIN 1986-100 Rückstauverschlüsse nach DIN EN 13564-1 für „fäkalienfreies Abwasser“ zu verwenden. Die Überlaufleitung ist so zu bemessen, dass der maximale Zulauf in den Speicher abgeleitet werden kann.
Über Sammelrohrsysteme soll das Grauwasser ungehindert von den Sanitäreinrichtungen – wie zum Beispiel Badewanne, Dusche oder Waschbecken – dem Grauwasserspeicher oder der Grauwasserbehandlungsanlage zufließen können. Die Planung, Bemessung und Verlegung der Sammelrohrsysteme erfolgt gemäß DIN 1986-100 „Entwässerungsanlagen für Gebäude und Grundstücke“, Ausgabe Dezember 2016.
Für die verschiedenen Nutzungsmöglichkeiten sind unterschiedliche spezifische Verfahren zur Behandlung und Aufbereitung von Grauwasser notwendig, die einen wesentlichen Einfluss auf die gesamte erforderliche Anlagentechnik haben.
Im Merkblatt DWA-M 277 werden folgende zwei Aufbereitungsziele (Nutzungsklassen) unterschieden:
Charakterisierung: Speicherung und Belüftung zur Nutzung als Toilettenspülwasser im privaten Bereich
Charakterisierung: Speicherung und Behandlung zur Nutzung im privaten und öffentlichen Bereich.
In der Tabelle 4 sind folgende Verfahren und weitere Behandlungsstufen beispielhaft aufgeführt (die aufgeführten Aufbereitungsverfahren erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit):
Die Hersteller von Komponenten zur Grauwassernutzung bieten verschiedene Produkte zur mechanischen, physikalischen und biologischen Behandlung an, mit denen Grauwasser auch ohne Zusatz von Chemikalien aufbereitet werden kann.
Bild: Nolde & Partner
Je nach Verfahrenstechnik der Grauwassernutzungsanlage ist gegebenenfalls eine Speichereinrichtung vor und/oder nach der Grauwasserbehandlung mit ausreichendem Speichervolumen erforderlich. Das Speichervolumen sollte der Tagesaufbereitungsleistung der Anlage entsprechen.
Der erforderliche Betriebswasserdruck wird durch eine Druckerhöhungspumpe erzeugt. Für eine erhöhte Betriebssicherheit (Redundanz) können Mehrfachpumpenanlagen eingesetzt werden. Ein sicherer Trockenlaufschutz für die Pumpen ist zu berücksichtigen.
Die Verteilung des Betriebswassers muss die kontinuierliche Versorgung der Entnahmestellen mit Nicht-Trinkwasser sicherstellen. Hierbei sind die Unversehrtheit und der Schutz von öffentlichen und privaten Trinkwasseranlagen zu gewährleisten.
Nicht-Trinkwasser darf unter keinen Umständen in die Trinkwasseranlage zurückfließen, da dies eine unmittelbare Gefahr für die Trinkwasserqualität darstellt. Gemäß § 17 der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) sind zu diesem Zweck Sicherheitseinrichtungen nach den allgemein anerkannten Regeln der Technik (a. a. R. d. T.) einzubauen.
Damit eine kontinuierliche Versorgung der Entnahmestellen gewährleistet ist, müssen Grauwassernutzungsanlagen mit einer automatischen Wassernachspeisung ausgerüstet werden. Zur Nachspeisung können neben Trinkwasser auch Regenwasser oder andere geeignete Wässer Verwendung finden. Bezüglich einer Nachspeisung mittels Trinkwasser wird auf die einschlägigen Regelwerke für Regenwassernutzungsanlagen verwiesen. Die Trinkwassernachspeisung muss über eine Sicherheitseinrichtung entsprechend DIN EN 1717 (freier Auslauf Typen AA, AB, AD) erfolgen.
Die Planung, Rohrdimensionierung und Ausführung von häuslichen Wasserverteilungssystemen muss gemäß den Normenreihen DIN EN 806 und DIN 1988 „Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen“ erfolgen.
Zusätzlich sollte eine Grauwassernutzungsanlage mit einer Systemsteuerung ausgestattet sein, mit der die wichtigsten Einstellungen vorgenommen werden können. Einige Hersteller bieten komplette Steuerungsanlagen an, die mittels Fernabfrage überwacht werden können.
Einleitung von behandeltem Grauwasser in ein Gewässer
Bei der Einleitung von behandeltem Grauwasser in Gewässer bestehen folgende Möglichkeiten:
Die Anforderungen zur Einleitung von behandeltem Grauwasser in Gewässer sind grundsätzlich mit der zuständigen Genehmigungsbehörde abzustimmen. Bei ausschließlicher Einleitung von behandeltem Grauwasser in Gewässer ist eine Wassernachspeisung nicht erforderlich.
Bilder: Dehoust
Bemessung von Grauwassernutzungsanlagen
Bei der Bemessung von Grauwassernutzungsanlagen sind folgende drei Arbeitsschritte von entscheidender Bedeutung:
Der tägliche Gesamtgrauwasseranfall hängt in starkem Maße vom jeweiligen Gebäudetyp, den unterschiedlichen Grauwasserquellen (zum Beispiel Dusche, Badewanne oder Waschbecken), der Einwohnerzahl (Nutzerzahl) sowie dem Nutzerverhalten und den installierten Sanitärarmaturen ab. Für den Normalfall lässt sich der tägliche Gesamtgrauwasseranfall mithilfe der Tabelle 2 des Merkblatts DWA-M 277 ermitteln.
Die Berechnung des täglichen Grauwasseranfalls (QGW) in Liter pro Tag erfolgt nach folgender Gleichung 2 des Merkblatts:
QGW = ∑ (QGW-E,i ∙ Ei)
Dabei ist:
QGW − Gesamtgrauwasseranfall in l/d
QGW-E − einwohnerspezifischer Grauwasseranfall in l/d
E − Anzahl Einwohner
Berechnungsbeispiel 1
Gegeben:
Mehrfamilienwohnhaus mit E = 16 Einwohnern
Grauwasserquellen: Duschen mit 30,0 l/(E∙d) + Waschbecken mit 12,5 l/(E∙d)
(mittlere Werte aus Tabelle 2)
Gesucht:
Gesamtgrauwasseranfall in l/d und Grauwassertyp
Formel: QGW = ∑ (QGW-E,i ∙ Ei)
Lösung: QGW = 16 E ∙ 30 l/(E∙d) +
16 E ∙ 12,5 l/(E∙d)
Ergebnis: QGW = 680 l/d
Grauwasserbelastung:
Grauwassertyp A2 (Duschen und Waschbecken)
Bei der Ermittlung des täglichen Betriebswasserbedarfs sind der Gebäudetyp, die Betriebswasser-Verbrauchstellen sowie die Einwohnerzahl (Nutzerzahl) und die installierten Sanitärarmaturen von großer Bedeutung. Für den Normalfall lässt sich der tägliche Betriebswasserbedarf mittels der Tabelle 5 des Merkblatts DWA-M 277 berechnen.
Die Ermittlung des täglichen Betriebswasserbedarfs (QBW) in Liter pro Tag kann nach der folgenden Gleichung 1 des Merkblatts erfolgen:
QBW = ∑ (QBW-E,i ∙ Ei) + (QBW-A,i ∙ Ai)
Dabei ist:
QBW − Gesamtbetriebswasserbedarf in l/d
QBW-E − einwohnerspezifischer Betriebswasserbedarf in l/d
QBW-A − flächenspezifischer Betriebswasserbedarf in l/(d∙m2)
E − Anzahl Einwohner
A − zu bewässernde Fläche in m2
Berechnungsbeispiel 2 (gleiches Objekt wie bei Berechnungsbeispiel 1)
Gegeben:
E = 16 Einwohner
Betriebswasserverbraucher: Toiletten gemäß Tabelle 5 mit 33 l/(E∙d) und Nutzgarten mit 150 m2 (Erfahrungswert = 60 l/m2 über 6 Monate)
Gesucht:
Gesamtbetriebswasserbedarf in l/d und Betriebswasserqualität
Formel: QBW = ∑ (QBW-E,i ∙ Ei) + (QBW-A,i ∙ Ai)
Lösung: QBW = 33 l/(E∙d) ∙ 16 E +
60 l/m2 ∙ 150 m2 / 180 d
Ergebnis: QBW = 578 l/d
Betriebswasserqualität:
C2 aufgrund der Bewässerung des Nutzgartens
Wichtig für die Dimensionierung von Grauwassernutzungsanlagen ist die täglich notwendige Aufbereitungsleistung (QGWA). Diese wird durch die Gegenüberstellung der Ergebnisse des täglichen Grauwasseranfalls und des täglichen Betriebswasserbedarfs gemäß den Gleichungen 3 und 4 des Merkblatts DWA-M 277 ermittelt. Der jeweils kleinere Wert ist für die hydraulische Dimensionierung entscheidend.
QGWA = QGW, wenn QBW > QGW
QGWA = QBW, wenn QGW > QBW
mit
QGWA − Grauwasser-Aufbereitungsleistung
in l/d
QGW − Gesamtgrauwasseranfall in l/d
QBW − Gesamtbetriebswasserbedarf in l/d
Die Wasserbilanz QWB in l/d errechnet sich aus der Differenz zwischen dem Grauwasseranfall QGW in l/d und dem Betriebswasserbedarf QBW in l/d. Je geringer diese Differenz ist, desto wirtschaftlicher arbeitet die Grauwassernutzungsanlage.
Ergibt sich ein großes Überangebot an Grauwasser, kann die Wasserbilanz optimiert werden, indem zum Beispiel auf Grauwasserquellen mit hoher Belastung (Küchenspüle, Geschirrspülmaschine) verzichtet wird oder weitere Betriebswasserverbraucher vorgesehen werden. Bei einem großen Defizit an Grauwasser ist zu prüfen, ob weitere Grauwasserquellen genutzt werden können oder ob auf bestimmte Betriebswasserverbraucher verzichtet werden kann.
Berechnungsbeispiel 3 (gleiches Objekt wie bei Berechnungsbeispiel 1 und 2)
Gegeben:
QGW = 680 l/d
QBW = 578 l/d
da QGW > QBW ist QGWA = QBW = 578 l/d
Gesucht:
Wasserbilanz QWB
Lösung: QWB = 680 l/d – 578 l/d = +102 l/d
Ergebnis: QWB = +102 l/d
(Rechnerisch ergibt sich ein leichtes Überangebot an Grauwasser, wodurch erfahrungsgemäß keine Gegenmaßnahmen erforderlich sind.)
Einbau und Kennzeichnung
Grauwassernutzungsanlagen können im Gebäude aufgestellt oder unterirdisch eingebaut werden. Bei der Aufstellung von Grauwassernutzungsanlagen innerhalb von Gebäuden sind für den Aufstellungsraum mindestens folgende Faktoren zu berücksichtigen:
Beim Einbau von Grauwassernutzungsanlagen im Erdreich müssen folgende Punkte berücksichtigt werden:
Bei der Installation der Grauwassernutzungsanlage müssen die Wasserdichtheit und Standsicherheit sowie der Frostschutz berücksichtigt werden. Bezüglich Inspektions-, Wartungs- und Reparaturarbeiten muss die Zugänglichkeit jederzeit gewährleistet sein.
Die Installation von Grauwassernutzungsanlagen ist in Übereinstimmung mit den geltenden Regelwerken durchzuführen. Zusätzlich müssen die Einbau- bzw. Montageanleitungen der Hersteller beachtet werden.
In Deutschland sind Nicht-Trinkwasserleitungen gegenüber Trinkwasserleitungen gemäß der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) und der DIN 2403 „Kennzeichnung von Rohrleitungen nach dem Durchflussstoff“ eindeutig und dauerhaft farblich unterschiedlich zu kennzeichnen. Alle Entnahmestellen für Nicht-Trinkwasser müssen mit einem Schild „Kein Trinkwasser“ oder einem entsprechenden Symbol gekennzeichnet werden.
Inbetriebnahme, Inspektion und Wartung
Nach Fertigstellung der Grauwassernutzungsanlage muss der ausführende Betrieb ein Übergabeprotokoll anfertigen und dem Auftraggeber (Betreiber) aushändigen. Ferner erhält der Betreiber eine schriftliche Betriebsanleitung und wird mündlich in den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlage eingewiesen.
Der Betrieb und die Inbetriebnahme der Grauwassernutzungsanlage sind der zuständigen Behörde entsprechend den Vorgaben der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) anzuzeigen.
Die regelmäßige Inspektion und Wartung von Grauwassernutzungsanlagen hat nach den Angaben des Herstellers zu erfolgen. Wartungen sollen grundsätzlich nur durch Fachkundige erfolgen. Der Abschluss eines Wartungsvertrages ist empfehlenswert, da regelmäßige Wartungen die Betriebssicherheit, Lebensdauer und Energieeffizienz der Anlage erhöhen.
Vorteile und Wirtschaftlichkeit
Für den Einbau einer Grauwassernutzungsanlage sprechen insbesondere folgende Argumente:
Für eine ökonomische Bewertung sollten mindestens folgende Aspekte in Betracht gezogen werden:
Eine Kalkulation bezüglich der Wirtschaftlichkeit/Amortisation sollte auf Basis einer möglichst realistischen Gegenüberstellung von Einsparpotenzialen zu Anschaffungskosten und laufenden Kosten erfolgen. Die Höhe eines möglichen Zuschusses durch Städte und Gemeinden kann hierbei von entscheidender Bedeutung sein.
Info
Wichtige Begriffe im Bereich der Grauwassernutzung
Grauwasser: häusliches Schmutzwasser ohne Abwasser aus Toiletten und Urinalen.
Betriebswasser: gewerblichen, industriellen, landwirtschaftlichen oder ähnlichen Zwecken dienendes Wasser mit unterschiedlichen Güteeigenschaften, worin Trinkwassereigenschaften eingeschlossen sein können. Die Qualität des Betriebswassers wird durch die Anwendung bestimmt.
Grauwasserspeicher: Einrichtung zur Speicherung des Grauwassers bei begrenzter hydraulischer Leistungsfähigkeit der nachgeschalteten Anlagenteile.
Betriebswasserspeicher: Einrichtung zur Speicherung von behandeltem Grauwasser zur weiteren Verwendung als Betriebswasser.
Grauwasserbehandlungsanlage: der Anlagenteil einer Grauwassernutzungsanlage, in dem Grauwasser gesammelt und bis zu einem bestimmten Aufbereitungsziel behandelt wird.
Nachspeisung: technische Einrichtung zur zusätzlichen Zuführung von Wasser für die kontinuierliche Versorgung der Entnahmestellen bei Betriebswassermangel.
Sicherungseinrichtung: technische Einrichtung zum Schutz des Trinkwassers entsprechend DIN EN 1717.
Systemsteuerung: Steuerungsanlage zum automatischen Betrieb der Grauwassernutzungsanlage.
Info
Bei der Nutzung von Grauwasser als Betriebswasser bedarf es grundsätzlich einer differenzierten Betrachtung der Grauwasserströme, um eine realistische Aussage bezüglich der Beschaffenheit der Grauwasserteilströme treffen zu können.
Info
Der Einbau von Grauwassernutzungsanlagen ist in Deutschland meldepflichtig. Nach § 13 (4) der Trinkwasserverordnung (TrinkwV) müssen die Errichtung und der Betrieb dem zuständigen Gesundheitsamt schriftlich angezeigt werden. Laut § 3 und § 15 der „Verordnung über Allgemeine Bedingungen für die Versorgung mit Wasser (AVBWasserV)“ besteht eine Mitteilungspflicht gegenüber dem örtlichen Wasserversorgungsunternehmen. Die kommunalen Abwassersatzungen sind zu berücksichtigen.
Quellen
(Trinkwasserverordnung – TrinkwV)
(AVBWasserV)
Bild: Ishorst
