In großem Umfang werden Abwasserteichanlagen besonders in Ländern des globalen Südens mit warmen Klimazonen und ausreichend verfügbarer Landfläche für die kommunale Abwasserbehandlung eingesetzt. Gleichzeitig sind viele Menschen in diesen Regionen vom Klimawandel betroffen. Sie erleben unregelmäßige Regenfälle, die insbesondere die lokale Subsistenzlandwirtschaft belasten. In diesen durch Wasserknappheit betroffenen Gebieten sind die Landwirte besonders auf Oberflächengewässer oder Grundwasser angewiesen, um Grundnahrungsmitteln und Futtermitteln zu bewässern oder ihre Tiere zu tränken. Im Gegenzug belastet dies die Trinkwasserversorgung der Bevölkerung. Aus diesem Grund bietet die Wiederverwendung von gereinigtem Wasser aus Abwasserteichanlagen, das oft nur verdunstet, eine wertvolle Ressource für Bewässerungswasser sowie für Pflanzennährstoffe. Viele dieser Teichsysteme sind jedoch durch schnelles Bevölkerungswachstum als auch durch mangelnden Betrieb und unregelmäßiger Wartung überlastet. Somit führt das ungenügend gereinigte Ablaufwasser zu Umweltverschmutzungen und zu erhöhten Gesundheitsrisiken für Menschen und Tiere. Insbesondere in afrikanischen Ländern südlich der Sahara gibt es nur wenige veröffentlichte Langzeitstudien zur Betriebserfahrung und Leistung von Abwasserteichanlagen sowie zu deren Potential für die Wasserwiederverwendung. Somit bietet diese Forschungsarbeit einen Überblick über neun existierende Teichkläranlagen im zentralen Norden Namibias. In ihrem aktuellen Ausbauzustand erfüllt keine dieser Anlagen die nationalen namibischen Anforderungen noch die neuen Standards der Europäischen Union zur Wasserwiederverwendung. Im Rahmen des Forschungsprojektes EPoNa wurde eine Abwasserteichanlage durch verschiedene Vor- und Nachbehandlungstechnologien in großem Maßstab ertüchtigt. Dazu gehörte ein Mikrosieb mit einer Maschenweite von 250 μm als mechanische Vorbehandlung und ein UASB-Anaerobreaktor als biologische Vorbehandlung. Beide dienten zur Reduzierung abfiltrierbarer Stoffe und von organischem Kohlenstoff. Die Entschlammung der Teiche ermöglichte die Wiederherstellung des ursprünglichen Volumens und schwimmende Leitwände im Fakultativteich verbesserten die Strömungsbedingungen. Der im letzten Schönungsteich als Nachbehandlung eingebaute Steinfilter sollte Algen und pathogener Keime weiter reduzieren. Die Auswirkungen der Ertüchtigungsmaßnamen auf der Pilotanlage wurden einer zweiten, im Originalzustand parallel betriebenen Behandlungsstraße gegenübergestellt. Die Auswertung biologischer und physikalischer Abwasserparameter diente zum Vergleich mit den nationalen namibischen sowie den europäischen Anforderungen an die Wasserwiederverwendung. Darüber hinaus wurde auch die DNA der vorhandenen mikrobiellen Gemeinschaften analysiert. Die Hauptergebnisse dieser Forschungsarbeit und relevante Aspekte für weitere Anwendungen sind die folgenden:

• In ihrem aktuellen Zustand erfüllt keine der im zentralen Norden Namibias untersuchten Abwasserteichanlagen die namibischen und die europäischen Anforderungen zur Wasserwiederverwendung. Dies ist auf den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) von über 100 mg/L zurückzuführen, der durch hohe partikuläre Algenanteile verursacht wird.

• Die durch Algen hervorgerufenen Chlorophyll-a Konzentrationen korrelieren linear mit dem partikulären CSB. Diese Korrelation kann für die Fraktionierung und Beurteilung des CSB genutzt werden.

• Es liegt eine sehr vielfältige mikrobielle Gemeinschaft vor, die im Zulauf der Anlagen andere dominierende Gattungen als im Ablauf aufweisen.

• Die mechanische Vorbehandlung mit einem Mikrosieb (250 μm) und die anaerobe biologische Vorbehandlung mit einem UASB-Reaktor sind beide unter den gegebenen lokalen Voraussetzungen und in großem Maßstab einsetzbar. Sie reduzieren zuverlässig organischen Kohlenstoff, abfiltrierbare Stoffe und teilweise pathogene Keime.

• Der UASB-Reaktor erreicht eine bessere durchschnittliche Reduktion des chemischen Sauerstoffbedarfs (50 %) und der abfiltrierbaren Stoffe (57 %) während das Mikrosieb flexibler auf schwankende Zuflüsse reagiert und einen viel kleineren Platzbedarf aufweist. Die maximale Reduktion des chemischen Sauerstoffbedarfs wird mit 89 % durch den UASB-Reaktor und mit 72 % durch das Mikrosieb erreicht.

• In der Vorbehandlung werden Stickstoff und Phosphor nur in geringem Maße reduziert. Somit verbleiben sie als wertvolle Pflanzennährstoffe im Bewässerungswasser.

• Nach einem Jahr Betrieb entfernt der Steinfilter in der Nachbehandlung nur 5 % des Chlorophyll-a und zeigt keine zusätzliche Entfernung im Vergleich zum ursprünglichen Zustand.

• Algenkonzentrationen werden am wirkungsvollsten durch Vorbehandlung, Schlammentfernung und Leitwände im Fakultativteich minimiert.

• Durch die Ertüchtigungsmaßnahmen ist es möglich, die E. coli Konzentrationen unter den von der EU geforderten Standard für die Bewässerung von Futtermitteln in Höhe von 1.000 MPN/100 mL zu reduzieren. Gleichzeitig stagnieren die Werte für P. aeruginosa. Für Enterococci steigen sie sogar an. Durch dieses Auseinanderdriften der Werte stellt sich die Frage, ob E. coli als alleiniger Indikator zur generellen Reduktion pathogener Keime geeignet ist. Die größte Keimreduktion findet, wider Erwarten nicht in den Schönungsteichen, sondern in der Vorbehandlung und durch die Leitwände im Fakultativteich statt.

• Aufgrund der hohen Kohlenstoff- und Stickstoffkonzentrationen entsprechen die Ablaufwerte weder den namibischen noch den europäischen Normen zur Wasserwiederverwendung. Gleichzeitig würde der hohe Algenanteil wertvolle Biomasse und Nährstoffe in die kargen Böden einbringen. Deshalb wird eine Überprüfung der Wasserwiederverwendungsstandards insbesondere in Bezug auf Abwasserteichanlagen vorgeschlagen.

Diese Arbeit untersucht zum ersten Mal umfassend Abwasserteichanlagen im zentralen Norden Namibias und ermittelt das Wiederverwendungspotential der Abläufe. Auf einer Pilotanlage wurden verschiedene Ertüchtigungsmaßnamen in großem Maßstab erprobt und die Ergebnisse hinsichtlich ihrer Übertragbarkeit auf andere Standorte unter ähnlichen Bedingungen ausgewertet. Somit trägt diese Dissertation wertvolle Informationen zur Ertüchtigung existierender Teichkläranlagen, zum Schutz der Umwelt und zur Produktion von Bewässerungswasser in Regionen mit knappen Wasserressourcen bei.