Ein leichter Druck auf den Knopf und der vertraute Klang der rauschenden Toilettenspülung erklingt. Geben wir es zu: Mit dem, was danach passiert, wollen wir uns nur selten beschäftigen. Dabei ist Abwasser ein wahres Multitalent. Es ist zugleich Daten-Fundgrube, Energielieferant und Bodenverbesserer.
Frühwarnsystem für die Pandemie
Mit dem Drücken der Spülung gelangt das Schmutzwasser über ein Leitungsnetz zur Kläranlage, in der es in verschiedenen Schritten mechanisch, biologisch und chemisch gereinigt wird. Immer häufiger wird in solchen Abwasserreinigungsanlagen das Wasser auch auf Rückstände von Medikamenten, Drogen und, seit kurzer Zeit, auf Rückstände des Coronavirus untersucht.
Durch Ausscheidungen von Corona-Infizierten gelangen Gen-Fragmente des Virus ins Abwasser. Bereits eine Wasserprobe liefert Daten zur durchschnittlichen Infektionsrate von Tausenden. Sie gewährt somit ein ungefähres Bild über den Anteil der Infizierten in der Bevölkerung. Das Abwassermonitoring bietet außerdem den Vorteil, dass Infektionswellen aber auch neue Virusvarianten früher aufgedeckt werden können.
Im Februar 2022 startete dazu ein bundesweites Pilotprojekt. In dem vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierten Forschungsprojekt zum Nachweis von Coronaviren im Abwasser sollen die Daten aus insgesamt 20 Standorten gesammelt werden. Das Projekt entscheidet schließlich über den Einsatz eines flächendeckenden Frühwarnsystems gegen Covid-19 in Deutschland. Zukünftig könnten damit auch weitere Krankheitserreger wie Grippeviren oder Affenpocken detektiert werden.
Eine aktuelle Studie aus den USA konnte bereits die Wirksamkeit des Abwassermonitorings feststellen. Die Forschenden der University of California in San Diego untersuchten über mehrere Monate Abwasserproben und konnten so, verglichen mit einer klinischen Probe, neu auftretende Varianten zwei Wochen früher diagnostizieren. Dabei untersuchten sie auch die Ausbreitung der Omikron-Variante, die sie bereits elf Tage früher identifizieren konnten. Ein entscheidender Vorteil, um schnell Gegenmaßnahmen einzuleiten.
Vom Schmutzwasser zum Rohstoff
Zurück in der Kläranlage. Am Ende des umfangreichen Reinigungsprozesses in der Kläranlage bleibt giftiger Klärschlamm zurück. In 2017 fielen insgesamt etwa 1,7 Millionen Tonnen Klärschlamm in Deutschland an, die entweder verbrannt und deponiert werden, oder als Dünger auf Feldern landen. Das Problem dabei: Der Klärschlamm enthält umweltschädliche und giftige Substanzen, aber auch wertvolle Rohstoffe wie Phosphat. Phosphat ist neben Stickstoff einer der wichtigsten Nährstoffe für den Erhalt der Bodenfruchtbarkeit und ist damit unverzichtbar für die Landwirtschaft. Bisher wird der Rohstoff vor allem in Phosphatlagerstätten abgebaut. Er ist somit endlich. Zum Schutz von Umwelt und Ressourcen beschloss die Bundesregierung 2017, dass ab 2029 Phosphat aus Klärschlamm zurückgewonnen werden muss. Allein in Deutschland könnten damit jährlich 30.000 bis 40.000 Tonnen Phosphat recycelt werden. Dabei gibt es verschiedene Möglichkeiten, das Phosphat aus dem Klärschlamm zu recyceln. Ein Beispiel ist die Phosphatrückgewinnung durch hydrothermale Karbonisierung. Dabei wird Klärschlamm unter erhöhten Drücken und Temperaturen in Kohle umgewandelt und im Anschluss das Phosphat darin gelöst. Der Klärschlamm wird hier nicht wie bei anderen Methoden getrocknet, was wiederum Kosten und Energie einspart.
Quellen:
- Pressemitteilung Karlsruher Institut für Technologie KIT – Das KIT – Medien – Presseinformationen – PI 2022 – Bundesweites Pilotprojekt zum Corona-Nachweis im Abwasser
- Karthikeyan, S. et al. (2022) Nature https://doi.org/10.1038/s41586-022-05049-6
- Klärschlammverordnung Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit Verordnung zur Neuordnung der Klärschlammverwertung | Gesetze und Verordnungen | BMUV
- Umweltforschungsplan 2019 Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit Ökobilanzieller Vergleich der P-Rückgewinnung aus dem Abwasserstrom mit der Düngemittelproduktion aus Rohphosphaten unter Einbeziehung von Umweltfolgeschäden und deren Vermeidung (umweltbundesamt.de)
- Webseite Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU – Phosphorrückgewinnung durch hydrothermale Karbonisierung von Klärschlamm | Beispielhafte Projekte & Schwerpunkte
- Webseite Promega COVID 19 Wastewater Detection | Sewage Surveillance to Track COVID-19 | SARS-CoV-2 in Wastewater (promega.de)