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Technologie

2.5.03 Nitratbelastung im Iran – Wissensexport verbessert die Trinkwasserqualität

Weltweit führen Einträge aus der Landwirtschaft oder ungereinigte Abwässer aus Haushalten zu hohen Nitratkonzentrationen im Grundwasser. Ohne entsprechende Aufbereitung kann daraus gewonnenes Trinkwasser gesundheitsschädlich sein. Um diese Gefahr für die Menschen der iranischen Großstadt Mashhad zu verringern, hat ein deutsch-iranisches Projekt vier verschiedene Verfahren getestet, Nitrat aus dem Grundwasser zu entfernen. Die Ergebnisse helfen zu entscheiden, ob und mit welcher Technik im Iran künftig Anlagen zur Trinkwasseraufbereitung gebaut werden.

Die Stickstoffverbindung Nitrat ist natürlicherweise in den meisten Wasservorkommen in geringen Konzentrationen zu finden. Doch seit Jahren steigen in vielen Regionen der Welt die Nitratwerte, oft sind Stickstoffeinträge aus der Landwirtschaft dafür verantwortlich. Auch ungeklärt im Boden versickernde häusliche Abwässer belasten das Grundwasser. Wird aus nitrathaltigem Grundwasser – ohne ausreichende Aufbereitung – Trinkwasser gewonnen, so ist dieses ebenfalls mit Nitrat belastet. Eine zu hohe Nitratkonzentration ist gesundheitsschädlich.

Stark erhöhte Nitratwerte

Mashhad ist mit über zwei Millionen Einwohnern die zweitgrößte Stadt des Iran und liegt in einer ariden Zone im Nordosten des Landes. Die Wasserversorgung der Stadt beruht zu etwa 85 Prozent auf nicht aufbereitetem Grundwasser. Insbesondere in den Sommermonaten herrscht eine ausgeprägte Wasserknappheit. In den vergangenen Jahren sind die Nitratkonzentrationen zahlreicher Brunnen in Mashhad deutlich gestiegen – auf Werte von 150 Milligramm je Liter (vereinzelt sogar über 250 mg/l). Zum Vergleich: Der Richtwert der Weltgesundheitsorganisation (WHO) liegt bei 50 Milligramm Nitrat je Liter Trinkwasser. Vermutlich sind die hohen Werte darauf zurückzuführen, dass unbehandelte häusliche Abwässer im Boden versickern, was zu einem starken Eintrag von Stickstoff in den Aquifer führt. Obwohl sich die Abwassersituation in Mashhad in den vergangenen Jahren deutlich verbessert hat, ist nicht abzusehen, dass sich die Nitratbelastung der Wasserressourcen kurz- oder mittelfristig verringert.

Um die Bevölkerung in Zukunft mit nitratarmen Trinkwasser versorgen zu können, hatten das iranische Energieministerium und das BMBF im Jahr 2002 eine Kooperation vereinbart: das Projekt „Demonstration verschiedener in Deutschland entwickelter Hochleistungsverfahren zur Entfernung von Nitrat aus Trinkwasser und ihre Anpassung an die Aufbereitung von hoch mit Natriumnitrat und anderen Salzen belasteten Grundwässern am Beispiel der Trinkwasseraufbereitung der Stadt Mashhad, Iran“. Beteiligt waren das IWW Rheinisch-Westfälische Institut für Wasserforschung, das Unternehmen VA TECH Wabag Deutschland GmbH, das Forschungszentrum Karlsruhe, das WETECH – Institut für Wasser- und Umweltschutztechnologie sowie der lokale Wasserversorger Mashhad Water & Wastewater.

Aufstellung der Versuchsanlagen auf dem Gelände der Brunnenpumpstation in Mashhad

Aufstellung der Versuchsanlagen auf dem Gelände der Brunnenpumpstation in Mashhad
Aufstellung der Versuchsanlagen auf dem Gelände der Brunnenpumpstation in Mashhad
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Kombinierte Verfahren

Ziel des Vorhabens war es, erstmals parallel vier verschiedene Verfahren zur Entfernung von Nitrat aus dem Trinkwasser einzusetzen: den Ionenaustausch, die Umkehrosmose , die Elektrodialyse sowie die biologische Denitrifikation . Da die in Deutschland entwickelten Verfahren und Anlagen bisher noch nicht bei derart belastetem Grundwasser zum Einsatz kamen, galt es, sie an die spezifischen Bedingungen im Iran anzupassen – auch um das Nitrat bei einem gleichzeitig hohen Sulfatgehalt des Wassers zuverlässig entfernen zu können. Die Versuchsanlagen mit Durchsätzen von jeweils etwa drei Kubikmetern pro Stunde wurden in Deutschland in Containerbauweise konstruiert und im Oktober 2004 in Mashhad installiert. Ein deutsch-iranisches Team (IWW, Mashhad Water & Wastewater Co.) war für den Betrieb und die Optimierung der Anlagen zuständig und führte von 2004 bis 2007 zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen durch.

Zum Ende des Projekts im Mai 2008 hat sich gezeigt, das sich die vier Verfahren in Mashhad erfolgreich anwenden lassen. Alle Versuchsanlagen liefen zuverlässig und reduzierten die Nitratkonzentrationen im Trinkwasser auf Werte unterhalb des WHO-Richtwerts. Dennoch haben die Projektpartner signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Verfahren festgestellt, etwa bezüglich der spezifischen Abwassermenge, den benötigten Ressourcen (Energie, Chemikalien, Personal) sowie den ökologischen wie wirtschaftlichen Folgen. Diese Aspekte wurden für alle vier Verfahren erfasst und in einer Nutzwertanalyse bewertet. Unter Berücksichtigung der Situation im Iran (u. a. extrem niedrige Energiepreise) zeigte sich: die biologische Denitrifikation und die Umkehrosmose sind die am besten geeigneten Verfahren, um die Wasserqualitätsziele in Mashhad zu erreichen. Verändern sich die Randbedingungen jedoch (z. B. durch steigende Energiepreise), können die Ergebnisse anders lauten.

Übertragbare Ergebnisse

Reaktor zur biologischen Nitratentfernung (Denitrifikation)

Reaktor zur biologischen Nitratentfernung (Denitrifikation)
Reaktor zur biologischen Nitratentfernung (Denitrifikation)
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Die mit diesem Projekt gewonnenen Erfahrungen sind auch für neue Wasserwerke in Mashhad und anderen Städten der Region wichtig: Sie sind eine gute Grundlage, wenn die Experten im Iran entscheiden müssen, ob und mit welchem Verfahren künftig Anlagen zur Nitratentfernung im Land zu errichten sind. Ein ebenfalls wichtiges Ergebnis dieses Forschungsprojekts sind die vielen neuen Kontakte zwischen deutschen und iranischen Wasserfachleuten.

Auf mehreren internationalen Konferenzen und Fachmessen sowie in internationalen Publikationen haben die Projektpartner ihre Ergebnisse vorgestellt. Der Abschlussbericht mit dem Titel „Demonstration in Deutschland entwickelter Hochleistungsverfahren zur Entfernung von Nitrat aus Trinkwasser im Iran“ ist online abrufbar über die Technische Informationsbibliothek (TIB) Hannover (http://edok01.tib.uni-hannover.de/edoks/e01fb09/590090909.pdf; 7,4 MB).

IWW Rheinisch-Westfälisches Institut für Wasserforschung
Bereich Wassertechnologie

Dr.-Ing. Stefan Panglisch
Dipl.-Ing. Oliver Dördelmann
Moritzstraße 26
45476 Mülheim an der Ruhr
Tel.: 02 08/4 03 03-243, -321
Fax: 02 08/4 03 03-82
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