SCST Präsentation Grüne Liga Berlin 13 März 08 (PF 11.3.2008) · Membran-bioreaktor...

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Sanitärkonzepte für die Separation von Grauwasser, Urin und Fäkalien

Erfahrungen aus einem EU-Projekt

Sanitärkonzepte für die Separation von Grauwasser, Urin und Fäkalien

Erfahrungen aus einem EU-Projekt

Dieses Demonstrationsprojekt wurdeüber das Finanzierungsinstrument LIFEder Europäischen Gemeinschaft unterstützt

Technical Project Manager:Anton Peter-Fröhlich (Berliner Wasserbetriebe)Administrative Project Manager:Ludwig Pawlowski (Kompetenzzentrum Wasser Berlin)

Regina Gnirß (Berliner Wasserbetriebe)Rolf-Jürgen Schwarz (Berliner Wasserbetriebe)Carsten Buchholz (Berliner Wasserbetriebe)Alexandre Bonhomme (Kompetenzzentrum Wasser Berlin)Boris Lesjean (Kompetenzzentrum Wasser Berlin)Jens Meinhold (Veolia Water)

Kooperation mit OtterWasser GmbH, TUHH, TUB und HUB

(Laufzeit: Jan. 2003 bis Dez. 2006)


Inhalt

Ziele

Motivation

Material und Methoden

Ergebnisse

Kooperationen

Zusammenfassung undSchlussfolgerungen


Ziele

Die neuen Sanitärkonzepte sollen einebedeutende Lösung darstellen für:

entfernt liegende Siedlungen, wo derAbwasseranschluss an ein zentrales Systemtechnisch und ökonomisch ungünstig ist

schnell zusammenwachsende Stadtgebiete,vor allem in Entwicklungsländern

Länder mit knappen Wasserressourcen

Beitrag für eine nachhaltige Entwicklungmit Wasser- und Nährstoff-Recycling


Motivation

weltweiter Wasser- und Nahrungsmangel

endliche Phosphorressourcen

Art der Abwasserzusammensetzung


Motivation

N-Fracht

P-Fracht

K-Fracht

CSB-Fracht

≈ 14 g/(E·d)

≈ 2 g/(E·d)

≈ 5 g/(E·d)

≈ 85 g/(E·d)

≈ 3 %

≈ 10 %

≈ 34 %

≈ 41 %

≈ 87 %

≈ 50 %

≈ 54 %

≈ 12 %

≈ 10 %

≈ 40 %

≈ 12 %

≈ 47 %

behandelnWasser-kreislauf

Produktion von Düngemittelvergären/kompostieren

Nahrungskreislauf/Energiegewinnung

Grauwasser

25.000-100.000

l/(E·a)

Urin

≈ 500 l/(E·a)

Fäkalien

≈ 50 l/(E·a)

spezifischer

Volumenstrom

Quelle: Otterpohl (wwt awt 2/2000, verändert)

pathogene Keime

++

+ +++++++

Arzneimittelrückstände ++++++++

++

Qualität der verschiedenen Abwasser-Teilströme

N-Fracht

P-Fracht

K-Fracht

CSB-Fracht

≈ 14 g/(E·d)

≈ 2 g/(E·d)

≈ 5 g/(E·d)

≈ 85 g/(E·d)

≈ 3 %

≈ 10 %

≈ 34 %

≈ 41 %

≈ 87 %

≈ 50 %

≈ 54 %

≈ 12 %

≈ 10 %

≈ 40 %

≈ 12 %

≈ 47 %




Grauwasser

25.000-100.000

l/(E·a)

Urin

≈ 500 l/(E·a)

Fäkalien

≈ 50 l/(E·a)

spezifischer

Volumenstrom


pathogene Keime

++

+ +++++++


++

N-Fracht

P-Fracht

K-Fracht

CSB-Fracht

≈ 14 g/(E·d)

≈ 2 g/(E·d)

≈ 5 g/(E·d)

≈ 85 g/(E·d)

≈ 3 %

≈ 10 %

≈ 34 %

≈ 41 %

≈ 87 %

≈ 50 %

≈ 54 %

≈ 12 %

≈ 10 %

≈ 40 %

≈ 12 %

≈ 47 %




Grauwasser

25.000-100.000

l/(E·a)

Urin

≈ 500 l/(E·a)

Fäkalien

≈ 50 l/(E·a)

spezifischer

Volumenstrom


pathogene Keime

++

+ +++++++


++

Qualität der verschiedenen Abwasser-Teilströme


Material und MethodenSchwerkraft-TrenntoilettenVakuum-Trenntoiletten

Zweikammer-grube

Betriebsgebäude

Kompos-tierung

gereinigtes Wasser

Grob-filter

Boden-filter

Urin-tanks

Membran-bioreaktor

Biogas-anlage Bio-

abfall

Biogas

bewachsener Bodenfilter

9 Vakuum-trenntoiletten

1 Schwerkraft-trenntoilette

Vakuum-anlage

10 Schwerkraft-trenntoiletten

Dünger

Küche Küche

Dünger

Wohngebäude

Fäkalien

Grauwasser

Urin

Dünger

gereinigtesWasser

Zweikammer-grube

Betriebsgebäude

Kompos-tierung

gereinigtes Wasser

Grob-filter

Boden-filter

Urin-tanks

Membran-bioreaktor

Biogas-anlage Bio-

abfall

Biogas



9 Vakuum-trenntoiletten

1 Schwerkraft-trenntoilette

Vakuum-anlage

10 Schwerkraft-trenntoiletten

Dünger

Küche Küche

Dünger

Wohngebäude

Fäkalien

Grauwasser

Urin

Fäkalien

Grauwasser

Urin

Dünger

gereinigtesWasser


Roediger Schwerkraft-Trenntoilette

wasserfreie Gelbwasser(Urin)-

Sammlung


6 – 10 L/Spülung


RoedigerVakuum-Trenntoiletteim Klärwerk Stahnsdorf

Vakuumfür Fäkalien

Schwerkraftfür Urin


0,7 – 2 L/Spülung


Vakuumanlage für Vakuumtrenntoiletten

im Klärwerk Stahnsdorf



Biogasanlage



Membranbelebungsreaktor



Grobfilter für Fäkalienentwässerung/-eindickung



bepflanzter Bodenfilter im Klärwerk Stahnsdorf



Betriebsgebäude Klärwerk Stahnsdorf



Wohngebäude Klärwerk Stahnsdorf



ErgebnisseSchwerkraft-Trenntoilette

Ergebnisse Befragungen Betriebs- und Wohngebäude

5

9

42 3

0

4

5

42 2

29

11

23

7

2820

23

13 23 19

5

6

1 2

12

2 1

10

32

0

14

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100% schlechterkein Unterschiedbesser

Form SpülungSitz-

komfortHygiene-

gefühl Lärm Reinigung

Bürogebäude

Wohnhaus

Häu

figke

it


ErgebnisseVakuum-Trenntoilette

Ergebnisse Befragungen Betriebsgebäude

3

7

24 3

22

9

25

16

9

8

16

5

12

16

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%besser kein Unterschied schlechter

Form SpülungSitz-

komfortHygiene-

gefühl Lärm

Häu

figke

it


Ergebnisse

Zu- und Ablaufwerte (Mittelwerte) des Grobfiltersfür Fäkalienentwässerung/-eindickung

Zulauf Ablauf Rückhalt [%]

Q L/d 945 943abf. St mg/L 1.151 246 79CSB mg02/L 2.036 1.023 50Nges mgN/L 174 141 19

NH4-N mgN/L 106 110 -4Pges mgP/L 31 16 50

29.6.2005 - 1.7.2006 (V7)EinheitParameter

Braunwasser vom Wohngebäude


Ergebnisse

Zu- und Ablaufwerte (Mittelwerte) des bepflanzten Bodenfilters

Zulauf Ablauf Zulauf AblaufQ L/d

CSB mg02/L 402 27,6 318 18,6

Pges mgP/L 6,7 1,7 4,7 0,5

Nges mgN/L 33,4 19,6 11,0 3,5

NH4-N mgN/L 20,4 2,6 5,8 0,1

5.191 4.334

Parameter Einheit

Grauwasser vom Betriebs- und Wohngebäudemit Fäkalienfiltrat ohne Fäkalienfiltrat

29.6.2005 - 1.7.2006 1.9. - 16.11.2006


ErgebnisseVergleich der Frachtanteile von Nges

mit Literaturwerten (Wohngebäude)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Gelbwasser Braunwasser Grauwasser

Frac

htan

teil

Wohnhaus Literatur (Otterpohl)


ErgebnisseInkrustiertes Ventil im Urinablauf einer

Schwerkrafttrenntoilette im Wohngebäude


Kooperationen

TUHH (Urinaufbereitung)

HUB (Düngerverwendung)

TUB (Ökobilanz)

Otterwasser GmbH(Beratung, Kostenvergleichsrechnung)


KooperationUrinaufbereitung (TUHH)

Vakuumverdampfung

Dampfstrippung

Kombinationena) Verbesserung der Ressourcen-Produktion

- MAP-Fällung- Kristallisation

b) Elimination von pharmazeutischen Rückständen- UVC-Bestrahlung- Ozon-Behandlung- Kristallisation


KooperationUrinaufbereitung (TUHH): Ergebnisse

Dampfstrippung:Produkt: 12 % Ammoniakwasser (25 L / m3 Urin)

Vakuumverdampfung:Produkt: Aufkonzentrierungsraten über 50x(20 L Konzentrat / m3 Urin)Ansäuerung für N-Rückhalt !

Entfernung von Mikroschadstoffen (PhaR)Durch Ozon-Behandlung vollständige Entfernung aller PhaR

Dampfstrippung + MAP-Fällung: günstigste Kombination


KooperationDüngerverwendung (HUB)

Urin Berlin und Brandenburg:

40 % N und75 % P des Mineraldüngers für Brandenburg!

0

10

20

30

40

50

60

70

Kontrolle M 1g GW 1g M 2g GW 2g M 3g GW 3g

g N/Gefäß

Ertr

ag (g

/Gef

äß)

Stroh Ähren Weizen

0

10

20

30

40

50

60

70

Kontrolle M 1g GW 1g M 2g GW 2g M 3g GW 3g

g N/Gefäß

Ertr

ag (g

/Gef

äß)

Stroh Ähren Weizen


Kooperation

Ökobilanz (TU Berlin)

Beispielgebiet in Berlin:

5.000 Einwohner, 1.000 Gebäude

Vergleich von

Konventionellem Sanitärsystem mit

Neuartigem Sanitärsystema) Schwerkraft-Trenntoilettenb) Vakuum-Trenntoiletten


Kooperation Ökobilanz (TUB)

Ökologische Profile nach Normierung als Einwohner-Äquivalent (Umweltbelastung)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

ReferenzsystemKonventionellesAbwassersystem

Kompost+SBRSchwerkraft-Trenntoilette

Vergärung+SBRVakuum-

Trenntoilette

Einw

ohne

räqu

ival

ente

[EW

*a]

Eutrophierung

Versauerung

Humantoxizität

TerrestrischeÖkotoxizität

Aquatische Ökotoxizität

Treibhauseffekt

Verbrauch abiotischerRessourcen

KumulierterEnergieaufwand nuklear

KumulierterEnergieaufwand fossil


KooperationDynamische Kostenvergleichsrechnung (Otterwasser GmbH)

Beispielgebiet in Berlin:5.000 Einwohner, 1.000 Gebäude

Kostenvergleich für einen Zeitraum von 50 Jahren

Ermittlung von Projektkostenbarwerten

Vergleich von

Konventionellem Sanitärsystem mit

Neuartigem Sanitärsystema) Schwerkraft-Trenntoilettenb) Vakuum-Trenntoilettenc) zusätzliche Varianten


Kostenvergleichsrechnung (Otterwasser GmbH)

Vergleich der Projektkostenbarwerte

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 5Variante

PKB

W [1

0^6

€]

Laufende KostenReinvestitionenInvestitionskosten1 Strom

2 Strom 3 Strom

KooperationVariante 0 1 2 3 5

GelbwasserGefälle,

Drückleitung, Sammlung

Gefälle, Drückleitung, Sammlung

BraunwasserGefälle,

Druckleitung,Kompost

Vakuum, Biogas

Grauwasser Gefälle, SBR Gefälle, SBR Gefälle, SBR

Abwasser, Gefälle, SBR,

Berlin (BWB)

Vakuum, BiogasAbwasser,

Gefälle, SBR, Schwante


Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Trenntoiletten grundsätzlich akzeptiert, aberVerbesserungen erforderlich (Spülung, Reinigung)

Inkrustierungen in Toilettenventilen

Trenngrad der Toiletten für Urin nicht hinreichend

Erprobte Fäkalieneindickung nur fürkleine Siedlungen geeignet

Reinigungsleistung der Pflanzenkläranlageentspricht Erwartungen


Forts. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Ergebnisse der Düngeversuche und der Umfragenbei Verbrauchern und Landwirten sind positiv

Verwendung der Produkte als Düngergesetzlich nicht gelöst

Erprobte Verfahren zur Urinaufbereitungsind machbar

Neue Sanitärkonzepte sind ökologisch günstiger

Kosten für Neue Sanitärkonzepte stark abhängigvon Randbedingungen


Forts. Zusammenfassung und Schlussfolgerungen

Ergebnisse zeigen insgesamt, dass Entwicklungs-potential vorhanden ist, insbesonderein der Sanitärtechnik

Wasser- und Nährstoffrecycling sowie Energieimmer bedeutsamer, deshalb für breite Anwendungweitere Entwicklungen erforderlich

Nationale und internationale Aktivitätennehmen zu (DWA, GTZ, EAWAG, IWA etc.)

Abschlussbericht unter www.kompetenz-wasser.de

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