2 Systembeschreibung. 2 Systembeschreibung. Wassernutzung weltweit. 2 Systembeschreibung

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1 Technische Technische Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und wasserwirtschaft Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und wasserwirtschaft 2. Globale und regionale Wasserbilanz 2.2 Das konventionelle System der Siedlungswasserwirtschaft 2.3 Alternative Sanitärsysteme 2.3 Wasser- und Stoffbilanzen 2.4 Das Gewässer als Optimierungsziel, Wasserrahmenrichtlinie 2. Globale und regionale Wasserbilanz Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 2 Globales Wasser Wassernutzung weltweit Wasserressource Volumen Anteil am Wasser Anteil an verf. Süßw. Erneuerungs-zeit Afrika Asien Europa Welt ( 0 3 km 3 ) (%) (%) (a) Salzwasser ,942 0 Fossiles Eis ,3, km³ 256 km³ 52 km³ Aktives Seewasser ,274 0,09 9,38 6, Nordamerika Südamerika Ozeanien 3760 km³ Bodenfeuchte 85 0,0058,93 Atmosphäre Fließgewässer 4,2 0, , ,32 0,03 0,027 0,03 (Quelle: WRI (200)) Verfügb. Süßwasser 28380,2 0,3 Gesamt ~00 00 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 3 680,8 km³ 66 km³ 33,6 km³ Landwirtschaft private Haushalte Sonstiges Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 4 Technische Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und wasserwirtschaft heutiges System der Siedlungswasserwirtschaft Siedlung Grundstück-, Platz-, Straßenentwässerung Niederschlag- Abfluss-Prozess Retention Schmutzwasserspeicher 2.2 Das konventionelle System der Siedlungswasserwirtschaft rinkwasserverteilung Tr v Reservoir Ka analisation Retention Regenbecken Sedimentation Überlauf Trinkwasseraufbereitung Versickerung Fremdwasser- Infiltration Kläranlage Reinigung Entsorgung Entlastung In-/Exfiltration Vorfluter Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 5 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 6

2 Regionale Wasserwirtschaft Technische Oberfläche, vegetativ Atmosphäre Regen Evaporation Oberfläche, undurchlässig Evapotranspiration Interzeption Temperatureffekte Verbrennung Abfälle Entwässerung Fachrichtung Wasserwesen, Institut für Siedlungs- und wasserwirtschaft Boden, ungesättigt Infiltration Fließgewässer Haushalte, 2.3 Alternative Sanitärsysteme Infiltration Exfiltration See, Talsperre Entnahme Altlasten Fremdwasser Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 7 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 8 Kritik am konventionellen System Kapitalbindung Institutioneller Aufwand Unflexibel Ressourcen-Verschwendung Ressource Spez. Gehalt Deutschland entspricht Primär-CO2 Emission* 38 kg/(e*a) 3,6 Tg/a 2% Private Haushalte Stickstoff 4,75 kg/(e*a) 390 Gg/a 24% N-Dünger Phosphor 0,73 kg/(e*a) 60 Gg/a 23% P-Dünger Kalium,53 kg/(e*a) 25 Gg/a 28% K-Dünger 00% 80% 60% 40% 20% 0% Einwohnerspezifische Frachten in g/(e*d) Urin Fäzes Grauwasser CSB BSB TS (TR) N P K Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen JT, 200- Seite 9 NeuArtige Sanitär-Systeme Leitbild: Vermeiden vor Verwerten vor Beseitigen Ansatz: getrennte Erfassung, Ableitung, Behandlung und Wiederverwendung von Teilströmen des Abwassers (im Einzugsgebiet) Erwartete Vorteile kosteneffiziente und flexible Alternativen zu bestehenden Systemen Geringere Abhängigkeit von investitionsintensiven Transportsystemen (Kanalisation) innovative Technologien auch zur Verwendung im Ausland Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen JT 200- Seite Brauchwasser Trinkwasser beh. Trinkwasser Vision einer konsequenten 3-Stoffstrom-Trennung Wasserversorgung Mindestwasserqualität Nutzungs- Anfallort Braunwasser Trenntoilette Urinal Bioabfälle Küche Waschmaschine Bad Stoffstrom Behandlung Produkt Gelbwasser Grauwasser aus DWA, 2009 ; Neuartige Sanitärsyteme, verändert Phasentrennung Speicherung Hygienisierung Stabilisierung Hygienisierung Nährstoffgewinnung Mikroschadstoff-Red. Speicherung C-Abbau Hygienisierung P-Elimination Stabilisierung beh. org. Pflanzennährstoff Biogas beh. Abwasser Pflanzl. Biomasse Min.-org. Pflanzennährstoffe beh. Abwasser Brauchwasser Schlamm pflanzl. Biomasse 2

3 Beispiel Knittlingen (Projekt DEUS 2) Ausgangssituation Überlastetes bestehendes Abwassersystem Neuanschluss erheblicher Anpassungsaufwand Lösungsansatz Dezentrale bewirtschaftung Ableitung von Abwasser und Küchenabfällen über Vakuumkanalisation Behandlung in anaerober Membranfiltrationsanlage Biogas-Produktion (~50l/(E*d), Nährstoffrückgewinnung (noch nicht in Betrieb) Probleme: Techn. Probleme Verzögerungen Umsetzung Ungewohnte Nutzung Beispiel: Lambertsmühle Ausflugsgasstätte Sanitärkonzept mit sehr weitgehender Stoffstromtrennung Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 4 Bsp. Trenntoilette Bsp: Urinnutzung zur Fischzucht Ruhezustand: Das Ventil des Urin-Ablaufs ist geschlossen Benutzung der Toilette: Verschluss des Urinablaufs wird durch Setzen geöffnet. Urin wird über den separaten Ablauf weggeleitet Spülen der Toilette: Bei Entlastung des Sitzes wird der Urinablauf wieder geschlossen. Fäkalien und Papier werden in den hinteren Ablauf gespült werden Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen JT 200- Seite 5 Quellen: Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen JT, 200- Seite 6 Hemmnisse bei Umsetzung (in Deutschland) Ausblick Rechtliche Vorgaben / Kostensenkung als Triebkräfte für Innovation Fokus Weiterentwicklung bestehender Systeme Systembewertung bisher vor allem an Wirtschaftlichkeit orientiert Erweiterung auf Nachhaltigkeit Fehlende Erfahrung Verzögerungen / techn. Probleme Fehlende Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen, unsichere Akzeptanz weitere Projekte erforderlich Hohe Förderquote bei neuen Anlagen Vergabe auf konventionelle Systeme zugeschnitten Rechtliche Rahmenbedingungen an konventionellen Systemen orientiert Bsp: Überlassungspflicht, Separierte Regelung von Wasserversorgung, Abwasser- / Abfallentsorgung Erfahrung / Kenntnisse bei Planern und Betreibern Anpassung der Aus- / Fortbildung Erweiterung und Ergänzung der Palette möglicher Abwasserbehandlungstechniken Großes Potential in Entwicklungs- und Schwellenländern Verwertungsgedanke g als Anreiz zur Einführung in hoch entwickelten ländern derzeit nur Nischenlösung Hemmnisse gezielt analysieren Auch beim Einsatz von NASS Abwasserbeseitigungspflicht bei Kommune / Abwasserverband Betrieb, Wartung und Kontrolle Kostenumlage auf Solidargemeinschaft nötig Verwertung muss gesichert sein 3

4 2 Grundlagen zur Systembeschreibung Wasser-, Stoff und Energiebilanzen 2.3 Wasser- und Stoffbilanzen Wichtiges Werkzeug zum Verständnis des Systemverhaltens Grundsatz: Systemabgrenzung (Ziel: möglichst einfache Beantwortung der jeweiligen Frage) Gesetz von der Erhaltung der Masse (Energie) Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 9 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 20 Einfache Bilanzgleichung Beispiele für ww Syteme Zufluss Q zu * c 0 Volumen V Konzentration c Abfluss Q ab * c ab Wasserverteilnetz Q 3 Q Q 5 Q tot Umsatzrate r Q 4 System Q 2 Masse im System: V * c Speicherung : dm/dt = V * dc/dt bzw. = c * dv/dt dc dv V + c = Q czu Qab c dt dt zu ab + r Kanalnetz Q ab Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen JT 200- Seite 2 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen Wasserhaushaltsgleichung Landwirtschaft Niederschlag N Evapotranspiration ET ΔS Speicherung S Abfluss Q Einzugsgebiet N = ET + Q ± ΔS Einzugsgebiet, langfristig N = ET + Q Zeitmaßstab ist maßgebend bei der Bilanzierung Anthropogener Einfluss stört die langfristige Bilanz Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite Wasserflüsse in mm a - Gujer, 999, Schweiz Niederschlag Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft 500 Boden Kap.2 Grundlagen Evapotransp. 400 Bach 200 Drainage mm a - Gesamt 00 mm a - 4

5 Siedlungsgebiet (50 E/ha), konventionell Evapotransp. Siedlungsgebiet (70 E/ha), integrierter Ansatz Evapotransp. 00 Niederschlag Bach Niederschlag Bach bef. Flächen 200 bef. Flächen Abwasser Abwasser Gujer, 999, Schweiz Import 200 TW 500 Drainage 200 Gujer, 999, Schweiz TW Drainage mm a - Gesamt 400 mm a - davon Abwasser 900 mm a - Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite mm a - Gesamt 00 mm a - davon Abwasser 500 mm a - Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen Wasserbilanz für Deutschland Wasserbilanz der Stadt Zürich Öffentliche Wasserversorgung Jahresniederschlag Verdunstung Abfluss gesamt 8 mm/a 790 mm/a 490 mm/a mm/a Anteil WV in % 2,3 % 3,7 % 6,0 % Import aus anderen Gemeinden Seewasser 53 8 Quellwasser 8 Wasseraufbereitung 69 5 Export in 5 Nachbar- gemeinden 9 Eigenverbrauch, Verbraucher Verluste 45-2 Nutzungsverluste Fremdwasser ca ca. 25 Kanalisation 00 davon über ca. 240 mm/a 7,5 % Kläranlage in mio m 3 /a Vorfluter Entlastung Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 27 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 28 N- und P- Eintrag in Fließgewässer (D) Metalleinträge in Fließgewässer Quelle: BMU Wasserwirtschaft in Deutschland, Teil 2 Gewässergüte, 200 Quelle: BMU Wasserwirtschaft in Deutschland, Teil 2 Gewässergüte, 200 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 29 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 30 5

6 Abwasser-Emissionen in Sachsen Abwasser-Emissionen in Sachsen t/a] Emission [t Urbane Flächen Kläranlagen CSB Nges NH4-N Pges Emissionen n [t/a] Urbane Flächen Kläranlagen Cd Cu Pb ons-anteil [%] Relativer Emissi Kommunale KA > EW Kommunale KA > EW Kommunale KA < EW Bürgermeisterkanäle Haushalte ohne Kanal CSB Nges NH4-N Pges Cd Cr Cu Pb Quelle: LfUG 2006, Emissionsbericht Abwasser, 2005/2006 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 3 Quelle: LfUG 2006, Emissionsbericht Abwasser, 2005/2006 Grundlagen der Siedlungswasserwirtschaft Kap.2 Grundlagen PK, Seite 32 6