Separate Ableitung und Behandlung von Urin, Fäkalien und Grauwasser Übersicht zum EU-Demonstrationsvorhaben und Ergebnisse

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1 Separate Ableitung und Behandlung von Urin, Fäkalien und Grauwasser Übersicht zum EU-Demonstrationsvorhaben und Ergebnisse Technical Project Manager: Anton Peter-Fröhlich (Berliner Wasserbetriebe) Administrative Project Manager: Ludwig Pawlowski (Kompetenzzentrum Wasser Berlin) Regina Gnirß Rolf-Jürgen Schwarz Carsten Buchholz Alexandre Bonhomme Boris Lesjean Jens Meinhold (Berliner Wasserbetriebe) (Berliner Wasserbetriebe) (Berliner Wasserbetriebe) (Kompetenzzentrum Wasser Berlin) (Kompetenzzentrum Wasser Berlin) (Veolia Water) Kooperation mit OtterWasser GmbH, TUHH, TUB und HUB (Laufzeit: Jan bis Dez. 2006) Dieses Demonstrationsprojekt wird über das Finanzierungsinstrument LIFE der Europäischen Gemeinschaft unterstützt 1

2 Inhalt Ziele Motivation Vorstudie Demonstrations-Projekt Ergebnisse Kooperationen Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 2

3 Ziele Die neuen Sanitärkonzepte sollen eine bedeutende Lösung darstellen für: entfernt liegende Siedlungen, wo der Abwasseranschluss an ein zentrales System technisch und ökonomisch ungünstig ist schnell zusammenwachsende Stadtgebiete, vor allem in Entwicklungsländern Länder mit knappen Wasserressourcen Beitrag für eine nachhaltige Entwicklung mit Wasser- und Nährstoff-Recycling 3

4 Motivation Weltweiter Wassermangel physikalischer Wassermangel ökonomischer Wassermangel geringer oder kein Wassermangel nicht abgeschätzt Quelle: International Water Management Institute (2001) werden in 2025 über 10 % des Getreidebedarfs importieren 4

5 Motivation Abnahme der Phosphor-Vorräte basierend auf t P 2 O 5 Reserven [%] Quelle: Steen, Kemira Agro (1998), verändert Jahr 5

6 Motivation Qualität der verschiedenen Abwasser-Teilströme spezifischer Grauwasser Urin Fäkalien Volumenstrom l/(e a) 50 l/(e a) l/(e a) N-Fracht 14 g/(e d) 3 % 87 % 10 % P-Fracht 2 g/(e d) 10 % 50 % 40 % K-Fracht 5 g/(e d) 34 % 54 % 12 % CSB-Fracht 85 g/(e d) 41 % 12 % pathogene Keime Arzneimittelrückstände % Quelle: Otterpohl (wwt awt 2/2000, verändert) behandeln Wasserkreislauf Produktion von Düngemittel vergären/kompostieren Nahrungskreislauf/Energiegewinnung 6

7 Vorstudie Projekt besteht aus zwei Phasen: Phase I: Vorstudie Phase II: Demonstrations-Projekt 7

8 Vorstudie Phase Balkenplan Phase I (1 Jahr) N 00 D 00 J 01 F 01 M 01 A 01 M 01 J 01 J 01 A 01 S 01 O 01 N 01 D 01 J 02 I Gesamt I1 Literatur/Projekte- Recherche Lieferanten/Patent- Recherche I2 Exkursionen zu realisierten Projekten (Freiburg, Dänemark, Schweden) I3 Kostenvergleich konventionelle/neue Sanitärsysteme I4 Kontaktaufnahme mit Bauträger, Behörden etc. I5 Projektskizze für BMBF Bericht zur Phase I 8

9 Vorstudie Ergebnisse aus Phase I ca. 17 Neue Sanitärkonzepte existieren bereits in West-Europa die Aktivitäten nehmen weltweit stark zu der erste Kostenvergleich zeigt, dass Neue Sanitärkonzepte Kostenvorteile haben können 9

10 Vorstudie Ergebnisse aus Phase I [ 10 6 ] Gesamte Projekt-Kosten Vakuum -Trenntoiletten, Faulung konventionell Neubausiedlung in Brandenburg Einwohner: Schwerkraft -Trenntoiletten, Kompostierung Zeit [a] Kosten-Basis: örtliche Gesellschaft in Brandenburg 10

11 Vorstudie Ergebnisse aus Phase I [ 10 6 ] Gesamte Projekt-Kosten Vakuum -Trenntoiletten, Faulung konventionell Neubausiedlung in Brandenburg Einwohner: Schwerkraft -Trenntoiletten, Kompostierung Zeit [a] Kosten-Basis: örtliche Gesellschaft in Brandenburg 11

12 Vorstudie Schlußfolgerung aus Phase I Neue Sanitärkonzepte (Schwerkraft- und Vakuum-Trenntoiletten) sollten getestet werden! 12

13 Demonstrations-Projekt Vakuum-Trenntoiletten Schwerkraft-Trenntoiletten Betriebsgebäude Wohngebäude 9 Vakuum- 1 Schwerkrafttrenntoilettetrenntoilette 10 Schwerkrafttrenntoiletten Küche Küche Urintanks Membranbioreaktor Vakuumanlage Dünger gereinigtes Wasser Biogas Dünger Biogasanlage Bioabfall Grobfilter Bodenfilter Kompostierung Dünger Zweikammergrube bewachsener Bodenfilter Fäkalien Grauwasser Urin gereinigtes Wasser 13

14 Demonstrations-Projekt Roediger Schwerkraft-Trenntoilette wasserfreie Gelbwasser(Urin)- Sammlung 14

15 Demonstrations- Projekt Vakuum für Fäkalien Roediger Vakuum-Trenntoilette im Klärwerk Stahnsdorf Schwerkraft für Urin 15

16 Demonstrations-Projekt Vakuumanlage für Vakuumtrenntoiletten im Klärwerk Stahnsdorf 16

17 Demonstrations-Projekt Biogasanlage 17

18 Demonstrations-Projekt Membranbelebungsreaktor 18

19 Demonstrations-Projekt Grobfilter für Fäkalienentwässerung/-eindickung 19

20 Demonstrations-Projekt bepflanzter Bodenfilter im Klärwerk Stahnsdorf 20

21 Demonstrations-Projekt Betriebsgebäude Klärwerk Stahnsdorf 21

22 Demonstrations-Projekt Wohngebäude Klärwerk Stahnsdorf 22

23 Ergebnisse Schwerkraft-Trenntoilette Ergebnisse Befragungen Betriebs- und Wohngebäude 100% 1 0 schlechter % 6 3 besser 10 80% kein Unterschied 70% Bürogebäude Häufigkeit 60% 50% 40% Wohnhaus 30% 7 20% % 0% 5 Form 4 Spülung Sitzkomfort Hygienegefühl Lärm Reinigung 23

24 Ergebnisse Vakuum-Trenntoilette Ergebnisse Befragungen Betriebsgebäude 100% 90% 8 besser kein Unterschied schlechter 5 80% 70% Häufigkeit 60% 50% 40% % 9 20% 10% 0% 3 Form 7 Spülung Sitzkomfort Hygienegefühl Lärm 24

25 Ergebnisse Zu- und Ablaufwerte (Mittelwerte) des Grobfilters für Fäkalienentwässerung/-eindickung Braunwasser vom Wohngebäude (V7) Parameter Einheit Rückhalt Zulauf Ablauf [%] Volumstrom L/d abf. St mg/l CSB mg0 2 /L N ges mgn/l NH 4 -N mgn/l P ges mgp/l

26 Ergebnisse Zu- und Ablaufwerte (Mittelwerte) des bepflanzten Bodenfilters Grauwasser vom Betriebs- und Wohngebäude Parameter Einheit mit Fäkalienfiltrat ohne Fäkalienfiltrat Zulauf Ablauf Zulauf Ablauf Volumstrom L/d CSB mg0 2 /L , ,6 NH 4 -N mgn/l 20,4 2,6 5,8 0,1 NO 3 -N mgn/l 1,1 13,2 0,3 2,7 Pges mgp/l 6,7 1,7 4,7 0,5 26

27 Ergebnisse Vergleich der Volumenanteile mit Literaturwerten 100% Urin Braunwasser Grauwasser 90% 80% Volumenanteile 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Betriebsgebäude Vakuum - Trenntoiletten Betriebsgebäude Schwerkraft - Trenntoiletten Wohngebäude Schwerkraft - Trenntoiletten Literatur (Otterpohl 2000) (Grauwasser: 70 L/(E*d) gewählt) 27

28 Ergebnisse Vergleich der Frachtanteile von Nges mit Literaturwerten (Wohngebäude) 100% Gelbwasser Braunwasser Grauwasser 90% 80% Frachtanteil 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Wohnhaus Literatur (Otterpohl) 28

29 Ergebnisse Vergleich der Frachtanteile von Pges mit Literaturwerten (Wohngebäude) 100% Gelbwasser Braunwasser Grauwasser 90% 80% Frachtanteil 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Wohnhaus Literatur (Otterpohl) 29

30 Ergebnisse Inkrustiertes Ventil im Urinablauf einer Schwerkrafttrenntoilette im Wohngebäude 30

31 Kooperationen TUHH (Urinaufbereitung) HUB (Düngerverwendung) TUB (Ökobilanz) Otterwasser GmbH (Beratung, Kostenvergleichsrechnung) 31

32 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Trenntoiletten grundsätzlich akzeptiert, aber Verbesserungen erforderlich (Spülung, Reinigung) Inkrustierungen in Toilettenventilen Bislang keine Verstopfungen in Leitungen durch Inkrustierungen Trenngrad der Toiletten für Urin nicht hinreichend Erprobte Fäkalieneindickung nur für kleine Siedlungen geeignet Reinigungsleistung der Pflanzenkläranlage entspricht Erwartungen 32

33 Fortsetzung Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Über Fäkalienfiltrat Verlust an Nährstoffen Ergebnisse zeigen insgesamt, dass Entwicklungspotential vorhanden ist, insbesondere in der Sanitärtechnik Thema Wasser- und Nährstoffrecycling sehr bedeutsam, deshalb für breite Anwendung weitere Entwicklungen erforderlich Nationale und internationale Aktivitäten nehmen zu (DWA, GTZ, EAWAG, IWA etc.) Abschlussbericht Ende März

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35 Fortsetzung Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Düngeergebnisse sehr positiv Urinbehandlung für Nährstoffaufkonzentrierung machbar Neue Sanitärkonzepte ökologisch günstiger Kosten für neue Sanitärkonzepte für betrachtete Siedlung höher 35