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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)
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Inhalt
Ziele
Motivation
Material und Methoden
Ergebnisse
Kooperationen
Zusammenfassung undSchlussfolgerungen
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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
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Motivation
weltweiter Wasser- und Nahrungsmangel
endliche Phosphorressourcen
Art der Abwasserzusammensetzung
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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 %
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 ++++++++
++
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
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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
bewachsener Bodenfilter
bewachsener Bodenfilter
9 Vakuum-trenntoiletten
1 Schwerkraft-trenntoilette
Vakuum-anlage
10 Schwerkraft-trenntoiletten
Dünger
Küche Küche
Dünger
Wohngebäude
Fäkalien
Grauwasser
Urin
Fäkalien
Grauwasser
Urin
Dünger
gereinigtesWasser
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Roediger Schwerkraft-Trenntoilette
wasserfreie Gelbwasser(Urin)-
Sammlung
Material und Methoden
6 – 10 L/Spülung
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RoedigerVakuum-Trenntoiletteim Klärwerk Stahnsdorf
Vakuumfür Fäkalien
Schwerkraftfür Urin
Material und Methoden
0,7 – 2 L/Spülung
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Vakuumanlage für Vakuumtrenntoiletten
im Klärwerk Stahnsdorf
Material und Methoden
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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
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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
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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
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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
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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)
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ErgebnisseInkrustiertes Ventil im Urinablauf einer
Schwerkrafttrenntoilette im Wohngebäude
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Kooperationen
TUHH (Urinaufbereitung)
HUB (Düngerverwendung)
TUB (Ökobilanz)
Otterwasser GmbH(Beratung, Kostenvergleichsrechnung)
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KooperationUrinaufbereitung (TUHH)
Vakuumverdampfung
Dampfstrippung
Kombinationena) Verbesserung der Ressourcen-Produktion
- MAP-Fällung- Kristallisation
b) Elimination von pharmazeutischen Rückständen- UVC-Bestrahlung- Ozon-Behandlung- Kristallisation
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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
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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
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Kooperation
Ökobilanz (TU Berlin)
Beispielgebiet in Berlin:
5.000 Einwohner, 1.000 Gebäude
Vergleich von
Konventionellem Sanitärsystem mit
Neuartigem Sanitärsystema) Schwerkraft-Trenntoilettenb) Vakuum-Trenntoiletten
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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
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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
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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
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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
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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
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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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