Umweltwissenschaften (Fach) / Kapitel 4 (Lektion)

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• Wassernutzung Haushalte - Hauptpunkte Es gibt eine große Diskrepanz zwischen Industriestaaten und Entwicklungsländern in der Menge der Wasserentnahme und im Zugang zu ausreichender Wasserversorgung. In westlichen Haushalten wird Trinkwasser für fast alle Bedürfnisse benutzt, wo auch eine wesentlich geringere Wasserqualität ausreichend wäre.
• Wassernutzung – Industrie Wasser wird genutzt für: Industrielle Produktion Elektrizitätsproduktion    
• Elektrizitätsproduktion Hauptnutzung: Kühlwasser   Durchflusskühlung: hohe Entnahme, geringer Verbrauch   Turmkühlung: geringe Entnahme, höherer Verbrauch     Gebiete mit Wassermangel: Turmkühlung nicht geeignet, da hoher Verbrauch Durchflusskühlung: geeignet, wenn Vorfluter zur Verfügung steht
• Wassernutzung Industrie - Hauptpunkte Industrie nutzt Wasser für Kühlung und in den Produktionsprozessen. Elektrizitätsproduktion nutzt Wasser für Kühlzwecke Der „Tradeoff“ zwischen Entnahme und Verbrauch ist abhängig von den verschiedenen Arten der Kühlung.
• Bewässerungswasserbedarf (BWB) (1) Wasserbedarf Feldfrucht [mm/Jahr] = Pflanzenspez. Evapotranspiration (ETc) (2) BWB [mm/Jahr] = Wasserbedarf Feldfrucht – effektiv genutzter Niederschlag   Evapotranspiration: Maßstab zur Beurteilung des Wasserbedarfs einer Feldfrucht
• Bewässerungsverfahren Überstaubewässerung (flood irrigation): starke Evaporation Furchenbewässerung (furrow irrigation): geringere Wasseroberfläche als Überstaubewässerung, keine optimale Nutzung Beregnung (sprinkler irrigation): gezielte Wasserversorgung, gute Kontrolle, Elektrizität für die Sprinkler notwendig, geringe Evaporation Tropfbewässerung (drip irrigation): geschlossenes System, großer Materialaufwand, geringste Evaporation, nicht für jede Art von Landwirtschaft möglich, bzw. unter Umständen ineffizient und unflexibel   Reihenfolge nach Kosten und Wirkungsgrad: von oben nach unten: komplizierter, aber effizienter
• Wassernutzung – Landwirtschaft: Wasserverluste Wasserverluste Pflanzen-Verdunstung/ Evapotranspiration Zuleitungssystem Verteilungssystem (abhängig von Bewässerungsverfahren) während des Bewässerns (abhängig von Bewässerungsverfahren)   i.d.R. große Wasserverluste, insbesondere in Entwicklungsländern
• Einleitung von Schadstoffen Abwasser aus Haushalten/Kommunen Organische Substanzen Bakterien und andere pathogene Organismen (sogenannte Krankheitserreger) NO3- und andere Nährstoffe   Industrieabwasser Organische Substanzen Chemikalien   Diffuse Einleitungen aus der Landwirtschaft Pestizide und andere Chemikalien Nitrat und andere Nährstoffe
• Response-Ansätze End-of-Pipe Technologien Trinkwasseraufbereitung Abwasserbehandlung   Reduzierung des Schadstoffvolumens Wassersparmaßnahmen   Waste Avoidance (Schadstoff- und Abfallvermeidung) Integraler Umweltschutz, „Clean Production“, „Safe Substitutes“ Regenerative Energien Änderung der Ernährungsgewohnheiten bzw. der landwirtschaftlichen Produktionsstrukturen
• Trinkwasseraufbereitung Oxidation – Belüftung oder Oxidationsmittel (Chlor, Ozon) Ziel: Verhinderung von Ablagerungen in Rohrleitungen   Flockung – Mit Hilfe des Flockungsmittels (z.B. Aluminiumsalze) werden kleinere, ungelöste Feststoffe in größere Verbände überführt Ziel: Vorbereitung der Feststoffe zur Entfernung durch Filtration oder andere mechanische Behandlung   Filtration (Sand) Ziel: Entfernung von Feststoffen zur Verringerung der partikel-gebundenen Schadstoffe   Aktivkohle-Adsorption Ziel: Entfernung von Pestiziden und anderen gelösten organischen Stoffen   Desinfektion – Zugabe von Chlor (selten UV-Bestrahlung) Ziel: Abwehr von pathogenen Organismen
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• Trinkwasseraufbereitung - Nachteile Hohe Kosten Es wird mit gefährlichen Substanzen hantiert (z.B. Chlor) Benötigte Technologien sowie die notwendige Ausbildung in Entwicklungsländern nicht immer vorhanden (Aufbereitungschemikalien, Wartungspersonal) Entfernte Substanzen müssen beseitigt werden
• Konventionelle Abwasserbehandlung Mechanische Abtrennung – Rechen, Sandfang Öl & Fettabscheider Vorklärbecken – Absetzbecken; ungelöste, absetzbare Schwebstoffe werden abgesetzt. Abgesetzter Schlamm wird in Sammelbehälter geschoben. Belebungsbecken – Biologischer Schlamm baut organische Materialien ab. Belüftung stellt den Organismen den nötigen Sauerstoff bereit. Nachklärbecken – Trennung des Belebtschlamm-Wasser-Gemisches aus dem Belebungsbecken. Abfluß ist gereinigtes Abwasser. Faulraum – Abgesetzte Materialien aus den Klärbecken wird anaerob abgebaut (MO Prozess). Dabei wird Methan produziert.
• Konventionelle Abwasserbehandlung - Nachteile Hohe Kosten, (z.B. für Energie) Technologie/Ausbildung in Entwicklungsländern nicht immer vorhanden Viele feste/flüssige Materialien (z.B. Schlamm) werden produziert und müssen beseitigt werden Großes Volumen der gereinigten Abwässer muss wieder eingeleitet werden → immer noch hoher Nährstoffgehalt (Eutrophierungspotenzial), manchmal auch Chlorgehalt
• Wassersparmaßnahmen: Haushalte und Kommunen z.B. im Haushalt: konventionelle Dusche: 17.0 Liter/Minute wassersparende Dusche: 9.5 Liter/Minute z.B. in einer Kommune: Verluste des kommunalen Wasserverteilungssystems Entwicklungsländer: 40-60 % geringste Verluste (heutzutage technisch erreichbar): 10-12%
• Wassersparmaßnahmen: Industrie Prozessintegrierte Maßnahmen: Änderung/Optimierung der Prozessführung, Erneuerung von Anlagen Wasserkreislaufführung (u. a. Membrantechnik) verbesserte Mess- und Regelungstechnik verbesserte Spültechniken Veränderung der eingesetzten Chemikalien/Chemikalienmengen   Maßnahmen zur Wassereffizienz: Regen-/Brauchwassernutzung, organisatorische Maßnahmen (Mitarbeiterschulung, Verbrauchskontrollen)
• Wassersparmaßnahmen: Landwirtschaft Verminderung der Bewässerungsverluste durch Umstellung von Überstau- bzw. Furchenbewässerung auf Beregnung oder Tropfbewässerung. Verminderung von Leitungsverlusten Anbau von weniger bewässerungsintensiven Feldfrüchten  
• Waste Avoidance und Integraler Umweltschutz Waste Avoidance und Integraler Umweltschutz bedeuten: einen Strukturwandel in der Wassernutzung. Umstellung des Lebensstils oder der Wirtschaftsweise.   z.B. hat die regenerative Energieproduktion (Photovoltaik, Windenergie) einen viel geringeren Wasserverbrauch als konventionelle Energieproduktion  
• Schlussfolgerungen zur Wassernutzung Hauptdruck auf vorhandene Wasserressourcen: Wassernutzung und Einleitung von Schadstoffen Landwirtschaft hat größte Bedeutung in Entwicklungsländern Industrie und Landwirtschaft haben größte Bedeutung in Industriestaaten   Ansätze um den Druck zu verringern: Konventionelle Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung (hohe Kosten, teilweise nicht für Entwicklungsländer geeignet, Nebenabfallprodukte.) Wassersparmaßnahmen (Verringerung der Wassernutzung und Abwasserproduktion in Haushalten, Industrie und Landwirtschaft. Strukturänderungen (Verringerung/Vermeidung von Wassernutzung und Abwasserproduktion).

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