Neuartige Abwassersysteme für iranische New Towns

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1 Fachbeiträge 451 Neuartige Abwassersysteme für iranische New Towns Martin Vocks und Ulrich Goerschel (Berlin) Zusammenfassung Für die Entlastungsstädte der schnell wachsenden Megacity Teheran im Iran ist ein neuartiges Abwasserkonzept unter Beachtung der dort herrschenden Randbedingungen entwickelt worden. Das Konzept sieht eine getrennte Ableitung von Schwarz-, Grau- und Regenwasser vor. Für die Grau- und Regenwasserbehandlung sind dezentrale/semizentrale Systeme geplant. Das Grauwasser soll in über das Stadtgebiet verteilten Pflanzenkläranlagen aufbereitet und anschließend für außerhäusliche Verwendungen genutzt werden. Die Pflanzenkläranlagen wurden mit 1 m²/ew bemessen. Das Regenwasser wird versickert. Das Schwarzwasser soll zu einer zentralen Kläranlage geleitet und dort behandelt werden. Schlagwörter:, Abwasserreinigung, kommunal, Großstadt, Stoffstrom Trennung, Schwarzwasser, Grauwasser, Regenwasser, Behandlung, dezentral, Pflanzenkläranlage, Bemessung, Iran DOI: /kae Abstract Novel Wastewater Systems for Iranian New Towns A novel wastewater concept that takes into account specific local conditions was developed for the satellite towns of the fast growing mega city of Teheran in Iran. The concept provides for the separate discharge of black water, grey water and rainwater. Decentralized/semi-centralized grey water and rainwater treatment systems are planned. Grey water will be treated in constructed wetlands that are spread across the town area and will then be used for non-domestic purposes. The constructed wetlands were designed with 1 m 2 /p.e. Rainwater will be seeped away. Black water will be transported to a centralized wastewater treatment plant for further treatment. Key words: drainage systems, wastewater treatment, municipal, large city, material flow, separation, black water, grey water, rainwater, treatment, decentralized, constructed wetlands, design, Iran 1 Einleitung Die Bevölkerung im Iran ist im Durchschnitt sehr jung. 60 % der Einwohner sind unter 26 Jahre alt. Aufgrund dieser Bevölkerungsstruktur besteht im Iran die Notwendigkeit, jedes Jahr 1,5 Millionen neue Wohneinheiten zu bauen. Der Hauptanteil dieser Wohnungen entsteht in Großstädten. Um den Siedlungsdruck auf Städte wie Teheran zu verringern, werden im Iran Entlastungsstädte, die New Towns errichtet. Die Stadt Hashtgerd New Town, ca. 70 km westlich von Teheran gelegen, soll für bis zu Bewohner ausgebaut werden. Derzeit leben ca Menschen hier. Im Rahmen des Young Cities Project ( das durch das Megacities-Programm des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert wird, soll die nachhaltige Entwicklung der New Towns am Beispiel von Hashtgerd erforscht werden. Die Umsetzung der Forschungsergebnisse ist in einem 35 ha großen Pilotgebiet geplant. In dem Pilotgebiet, das eine gemischte Nutzung anstrebt, sollen Wohnungen für 8000 Menschen entstehen. Durch die p2mberlin GmbH wurde hierbei ein Abwasserkonzept entwickelt und im Bebauungsplan für das Pilotgebiet festgeschrieben. 2 Derzeitige Situation Der Wasserverbrauch in Hashtgerd liegt bei 200 bis 275 Liter pro Person täglich. Dieser relativ hohe Verbrauch, der in einer Die ideale Kombination um Durchflüsse zu regeln und zu erfassen. Ein Messgerät für Durchfluss bei Trocken- und Regenwetterbetrieb. Kostengünstiges Messverfahren mit hoher Betriebssicherheit. Bestens geeignet für Nachrüstungen. bgu - Umweltschutzanlagen GmbH Schwabenstr. 27 D Bretzfeld Telefon +49(0) Telefax +49(0) info@bgu-online.de

2 452 Fachbeiträge semi-ariden Region besonders kritisch bewertet werden muss, ist zum einem den Verlusten im Leitungsnetz geschuldet (ca. 15 %), aber auch den lokalen Gewohnheiten. Der Frischwasserbedarf wird derzeit ausschließlich aus Grundwasser bedient. Es wird bisher geschätzt, dass bei konstantem Pro-Kopf-Verbrauch ca Menschen auf diesem Weg mit Trinkwasser versorgt werden können. Im Iran sind nur wenige Haushalte an eine Kanalisation angeschlossen, in Teheran sind es derzeit etwa 10 % der Bevölkerung [1]. Die Situation in Hashtgerd New Town ist besser, da bei der Erschließung neuer Gebiete für die Besiedlung ein Kanalisationsanschluss umgesetzt wird und wurde. Eine Kläranlage existiert bisher nicht, ist aber geplant. Das Abwasser wird in offenen Mulden gesammelt und versickert bzw. verdunstet dort. Ist die Aufnahmekapazität einer Mulde überschritten, wird kurzerhand die nächste Mulde geflutet. Ein System zur Regenwasserableitung existiert nicht. Grauwasser Behandeltes Grauwasser zur Nutzung Zentrale Kläranlage Schwarzwasser Regenwasser Mechanische Reinigung Abb. 1: Schema des Abwassersystems von Hashtgerd 3 Geplantes System Bei der Planung und Forschung für das 35 ha große Pilotgebiet wurde der Ansatz einer integrierten Planung umgesetzt, und der Bereich der Infrastrukturplanung wurde frühzeitig eingebunden. Hierdurch war eine Rückkopplung mit den anderen Fachdisziplinen frühzeitig möglich, und es konnten neuartige Konzepte für den Bereich Abwasser berücksichtigt werden. Für das zu entwickelnde Abwasserkonzept galt es, mehrere Randbedingungen zu beachten: stark profiliertes Gelände, hohe angestrebte Besiedlungsdichte, schrittweiser Ausbau auf Quartiersebene, Energieeffizienz, lokale Gewohnheiten und Vorschriften, lokales Klima. Betrachtet wurden verschiedene Möglichkeiten, von weit reichenden Konzepten aus der aktuellen Diskussion mit der Auftrennung in Braun-, Gelb- und Grauwasser und dezentraler Behandlung bis hin zur konventionellen Lösung mit gemeinsamer Ableitung aller Teilströme zu einem zentralen Klärwerk. Durchgesetzt hat sich in Abstimmung mit anderen Fachdisziplinen wie Stadtplanung, Landschaftsplanung, Verkehrsplanung, Landschaftsarchitektur und lokalen Fachleuten ein Konzept, das moderne dezentrale Elemente mit klassischen, eher zentralen Elementen verbindet. Unter den herrschenden Randbedingungen erwies sich dieses Konzept als innovativ und dennoch tragfähig. Für eine enge Wasserkreislaufführung zur nachhaltigen Wasserwirtschaft (einschließlich Trinkwassersubstitution) und um dem schnellen Wachstum der Städte Rechnung zu tragen, sind dezentrale bzw. semizentrale Elemente unverzichtbar. Dies hat sich auch in ähnlichen Projekten zum Beispiel für schnell wachsende Städte in Asien ([2], gezeigt. Das für Hashtgerd erarbeitete Konzept ist in Abbildung 1 dargestellt und sieht folgende Punkte vor: separate Grauwassersammlung und -behandlung, Wiedernutzung des gereinigten Grauwassers, separate Schwarzwassersammlung und -behandlung, Regenwassererfassung und -versickerung. Abb. 2: Verteilung der Pflanzenkläranlagen im Stadtgebiet (PKA- Flächen sind ocker eingefärbt ) Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass für eine nachhaltige Wasserwirtschaft nicht nur alternative Abwasserkonzepte wichtig sind. Der hohe Trinkwasserverbrauch ist dadurch nur zum Teil zu reduzieren. Der verschwenderische Umgang mit Wasser in der Region muss auch durch die Änderungen der Gewohnheiten eingedämmt werden. Hier sind Instrumente wie Aufklärungskampagnen und die Anpassung der Wasserpreise wichtig und werden auch auf iranischer Seite verfolgt. Grauwasser Das Grauwasser soll separat erfasst und dezentral behandelt werden. Hierfür werden Pflanzenkläranlagen (PKA) errichtet. Dabei wird jedem Quartier eine PKA zugeordnet (Abbildung 2). PKA sind eine äußert robuste und wartungsarme Technik. Sie sind damit ideal für den dezentralen Einsatz geeignet, da trotz der vielen Einzelanlagen der Personalaufwand gering ist. Um eine leichte Reinigung des Grauwassers zu ermöglichen, wird das Küchenabwasser mit dem Schwarzwasser abgeleitet und nicht dem Grauwasser zugeschlagen. Es wird nur das

3 Fachbeiträge 453 Grauwasser, das im Bad anfällt, getrennt abgeleitet. Das gereinigte Grauwasser soll wiederverwendet werden. Als Wiederverwendung sind ausschließlich außerhäusliche Brauchwassernutzungen angestrebt wie Grünflächenbewässerung, künstliche Gewässer oder Straßenreinigung. Hierbei muss bemerkt werden, dass für die Entlastungsstädte eine hohe Lebensqualität und Attraktivität angestrebt wird, um tatsächlich eine bevorzugte Ansiedlung hier anstatt in den Großstädten zu erreichen. Grünflächen und Parks spielen dabei eine wichtige Rolle. Die Aufbereitung des Grauwassers in dezentralen PKA hat zwei wichtige Nebeneffekte. Zum einen verbessert sich durch die feuchten, bepflanzten Bereiche der PKA selbst und die mit dem Grauwasser bewässerten Grünflächen das Mikroklima, da eine Abkühlung erreicht wird. Zum anderen rückt damit das Thema Wasser mehr in die öffentliche Wahrnehmung, was sich positiv auf den Verbrauch von Privatpersonen auswirken kann. Derzeit liegen für den Iran keine Verbrauchsmustermessungen vor. Diese sollen im Rahmen des Young-Cities-Projekts aber erstellt werden. Für die Auslegung wurde daher in Anlehnung an das fbr-hinweisblatt 201 [3] ein Schätzwert von maximal 120 bis 130 L/(EW d) Grauwasser herangezogen. Ebenso liegen für den Iran keine Daten zur Belastung des Grauwassers vor. Hier wurde in Anlehnung an den DWA-Themenband Neuartige Sanitärsysteme [4] ca. 30 g CSB/(EW d) für schwach belastetes Grauwasser angesetzt. Die Ressource Wasser: Sicher und verfügbar? Auslegung der Pflanzenkläranlagen Es wurden vertikal durchflossene PKA vorgesehen, weil in dem urbanen Raum nur ein begrenztes Maß an Fläche zur Verfügung steht und diese einen geringeren Flächenbedarf aufweisen als horizontal durchflossene PKA. Im Arbeitsblatt DWA-A 262 [5] wird eine Mindestfläche von 4 m²/ew bzw. eine CSB-Flächenbelastung von maximal 27 g/(m² d) angegeben. Hierzu muss aber bemerkt werden, dass diese Auslegung für kommunales Abwasser gilt. Für die Auslegung von Pflanzenkläranlagen zur Grauwasserbehandlung gibt es in der Literatur keine Vorgaben. Die PKA wurden mit 1 m²/ew dimensioniert. Hierbei waren folgende Abwägungen ausschlaggebend: Hydraulische Last ist hiermit zu bewältigen. Maximale CSB-Flächenbelastung liegt nur knapp über der DWA-Empfehlung. Die sich ergebene Gesamtfläche ist auf dem Areal des Pilotgebiets unterzubringen. Das semiaride Klima führt teilweise zu hohen Verdunstungsraten, was bei einer zu großen Auslegung der PKA zu Versalzungen führen könnte. Es gibt Berichte zu Pflanzenkläranlagen für Grauwasserbehandlung, die mit Flächen von weniger als 4 m²/ew gute Reinigungsergebnisse erzielt haben. In [6] wird ebenfalls von 1 m²/ew berichtet, in [7] von 2 m²/ew. Die Beschickung der PKA sollte in Intervallen erfolgen. Hierfür wurde ein Sammel- und Beschickungssystem konzipiert, das ohne Fremdenergie auskommt. Da das Gelände ein starkes Gefälle aufweist, ist eine Beschickung im Freigefälle in den meisten Fällen möglich. Das System ist in Abbildung 3 dargestellt. Das System arbeitet zur Intervallbeschickung mit dem Heberprinzip. Hierbei füllt sich der Sammelraum, bis das Ablaufrohr vollständig überstaut ist. Dies setzt den Wasserfluss in Gang, Überspannungsschutz vom Spezialisten: BLITZDUCTOR XT mit Condition Monitoring. Das Plus an Schutz und Verfügbarkeit für Ihre Mess-, Steuer- und Regeltechnik. Mehr Info: DEHN + SÖHNE Überspannungsschutz Blitzschutz / Erdung Arbeitsschutz Postfach Neumarkt Tel.: Fax: info@dehn.de

4 ZERTIFIZIERTES QUALITÄTSMANAGEMENTSYSTEM 454 Fachbeiträge Abb. 3: Beschickungssystem zur Pflanzenkläranlage PKA kombiniert Innovation mit langjähriger Erfahrung Referenzanlage in Bois de Bay (CH) 8 Kunststoffkettenräumer in Nachklärbecken und der Sammelraum wird per Heber bis zum unteren Ende des Einsteckrohrs geleert. Ähnliche Systeme sind bei der Kanalspülung im Einsatz. Das Grauwasser durchläuft anschließend die PKA und wird dann in einem Behälter gesammelt. Aus diesem Behälter erfolgt die Verteilung des Wassers zur Wiederverwendung. Da ausschließlich außerhäusliche Verwendungszwecke angestrebt werden, wurde als Zielgröße für die hygienische Belastung des Wassers die EU-Badegewässerrichtlinie herangezogen [8]. Mit dem gereinigten Grauwasser soll zum einen eine Vielzahl von Grünflächen bewässert werden, die über das gesamte Pilotgebiet verteilt sind. Weiterhin sind Brauchwasserentnahmestellen in den einzelnen Wohnblocks geplant. Dieses Wasser kann zum Beispiel für das verbreitet regelmäßige Wässern der Straßen und Gehwege, (Auto-) Säuberungen oder zur Pflanzenbewässerung genutzt werden. Eine Beschickung von Wasserspielen, die ebenfalls zur Verbesserung des Mikroklimas beitragen, ist ebenso denkbar. Durch die geringe Keimbelastung des Grauwassers und der Keimreduzierung in der PKA um ca. zwei Zehnerpotenzen sollte das Ziel EU-Badegewässerrichtlinie auch ohne zusätzliche Hygienisierungsmaßnahmen erreichbar sein. Dass dies möglich ist, wurde unter anderem in [7] gezeigt. Nicht genutztes gereinigtes Grauwasser wird in das Regenwassersystem abgeschlagen und versickert und trägt zur Grundwasseranreicherung bei, was die Nachhaltigkeit erhöht. Da die PKA direkt in der Stadt liegen, soll auf die sonst übliche Bepflanzung mit Schilf (Phragmites australis) verzichtet werden. Vielmehr soll zur Erhöhung der Akzeptanz und der besseren Integration in das Stadtbild eine attraktive und dennoch pflegeleichte Bepflanzung gewählt werden. Hierfür bieten sich unter anderem an: verschiene Sorten von Iris, Canna, Lythrum salicaria, Ageratina altissima. Schwarzwasser Das Schwarzwasser, was sich in diesem Fall aus den Toilettenabwässern und den Küchenabwässern zusammensetzt, wird getrennt erfasst. Hier wurde unter Abwägung aller Randbedingungen eine stärker zentralisierte Lösung als beim Grauwasser gewählt. Das Schwarzwasser wird in der Kanalisation gesammelt und soll einer Kläranlage zugeführt werden. Eine dezentrale bzw. semizentrale Lösung, die eine eigene Behandlung des Schwarzwassers aus dem Pilotgebiet berücksichtigt, ist wirtschaftlich und betriebstechnisch gegenüber einer stärker zentralisierten Kläranlage nachteilig. Als wichtigste Gründe gegen ein dezentrales System sind zu nennen: 1. Um eine Schwarzwasserbehandlung im Stadtgebiet zu realisieren, hätte ein komplett geschlossenes (Geruchsvermeidung), hoch kompaktes (Platzbedarf) System wie zum Beispiel ein Membranbioreaktor (MBR) ausgewählt werden müssen. Diese sind aber derzeit noch vergleichsweise kostenintensiv und bedürfen einer fachkundigen Betreuung und Wartung. Bei einer Übertragung des Systems auf die ganze Stadt hätte dies eine Vielzahl von High-Tech-Anlagen im Stadtgebiet mit entsprechend notwendiger Wartung bedeutet. Der Aufwand hierfür erschien zu hoch. 2. Im Stadtgebiet fehlen geeignete Vorfluter. Auch wenn entsprechend gereinigtes Schwarzwasser ebenfalls einer Wiedernutzung zugeführt werden kann, was zum Beispiel durch einen MBR gegeben wäre, ist ein nah gelegener Vorfluter für Notumläufe bzw. Überschüsse vorteilhaft. 3. Die Akzeptanz für innerstädtische Wiederverwendung ist bei Schwarzwasser geringer als bei Grauwasser. Verwendung von gereinigtem kommunalem Abwasser für Bewässerung wird aber im landwirtschaftlichen Bereich im Iran praktiziert. Eine Kläranlage außerhalb der Stadt würde solch eine Nutzung ermöglichen. Mecana Umwelttechnik GmbH CH-8864 Reichenburg Telefon: +41 (55) Fax: +41 (55) info@mecana.ch ISO 9001 Das Schwarzwassersystem des Pilotgebiets wird an das zentrale Kanalisationssystem der Stadt Hashtgerd angeschlossen. Hierfür ist eine zentrale Kläranlage geplant.

5 Fachbeiträge Regenwasser Das auf dem Pilotgebiet anfallende Regenwasser wird in einem separaten Kanalisationssystem gesammelt. Es wird auf dem Pilotgebiet mechanisch gereinigt und anschließend versickert. Aufgrund des begrenzten Flächenangebots wurde hierfür die Schachtversickerung gewählt. Ebenso wird auf diesem Weg überschüssiges Grauwasser versickert und so dem Grundwasser wieder zugeführt. 4 Fazit Um die schnell wachsenden Großstädte wie Teheran entstehen im Iran sogenannte New Towns. Für diese Städte wurde ein modernes Abwasserkonzept entwickelt. Das Konzept sieht eine getrennte Schwarz- und Grauwassersammlung sowie eine Regenwassersammlung und -versickerung vor. Mit der Grauwasserbehandlung in PKA und der Regenwasserversickerung wurden dezentrale bzw. semizentrale Systeme ausgewählt, die sowohl einen engen, nachhaltigen Wasserkreislauf ermöglichen, als auch mit den Städten gemeinsam wachsen können. Diese Infrastruktursysteme sind damit optimal der oft schlecht vorhersehbaren Entwicklung solcher Städte angepasst. Langfristige Planungen und Investitionen vorab sind nicht nötig. Lediglich beim Schwarzwasser wurde auf eine zentrale Struktur zurückgegriffen. Da die Ergebnisse der Konzeptbearbeitung in einen Bebauungsplan eingeflossen sind, kann mit Spannung die Umsetzung erwartet werden. PRO2AIR Pre-PUR Membranrohrbelüfter Literatur [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] Cornel, P.: Anforderungen an die Abwassertechnik in anderen Ländern Iran, in: Ruhr-Universität Bochum (Hrsg.): Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wasserver- und entsorgung, Teil II: Abwasserbehandlung und Wasserwiederverwendung, Bd. 1: Anforderungen an die Abwassertechnik in anderen Ländern, Bochum, 2005 Cornel, P., Wagner, M.: Semizentrale Ver- und Entsorgungssysteme für urbane Räume Chinas Teilprojekt 2, Endbericht zum BMBF-Vorhaben 02WD0607, Darmstadt, 2009 fbr-hinweisblatt 201: Grauwasser-Recycling, Darmstadt, 2005 DWA-Themen-Band Neuartige Sanitärsysteme, Hennef, 2008 Arbeitsblatt DWA-A 262: Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb von Pflanzenkläranlagen mit bepflanzten Bodenfiltern zur biologischen Reinigung kommunalen Abwassers, Hennef, 2006 Frank, R.: Reinigung von Grauwasser ein biologisches Konzept zur Brauchwassernutzung, Sonderdruck aus: Veitshöchheimer Berichte, Heft 81, Hrsg.: Bayerische Landesanstalt für Wein- und Gartenbau, 2005 Peter-Fröhlich, A., Bonhomme, A., Oldenburg, M., Gnirss, R., Lesjean, B.: Abschlussbericht zum EU-Demonstrationsprojekt Sanitation Concepts for Separate Treatment of Urine, Feaces and Greywater (SCST), LIFE 03 ENV/D/000025, 2007 Richtlinie 2006/7/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 15. Februar 2006 über die Qualität der Badegewässer und deren Bewirtschaftung und zur Aufhebung der Richtlinie 76/160/ EWG, Amtsblatt der Europäischen Union, L 64, 4. März 2006, Autoren Dr.-Ing. Martin Vocks, Dipl.-Ing. Ulrich Goerschel p2mberlin GmbH Fasanenstraße 7 8, Berlin martin.vocks@p2mberlin.de indd 455 Nutzen Sie den Mehrwert! bis zu 25 % Energiekosteneinsparung im Vergleich zu marktüblichen Belüftern ROI bis zu ca. 6 Monaten im Vergleich zu marktüblichen Belüftern hoher Sauerstoffertrag SAE bis zu 5,5 Kg/kWh bei relativ geringer Belegungsdichte lange Lebensdauer - hohe Standzeiten leicht und schnell montierbar dauerhafte Elastizität der Membran optimierte Schlitzperforation Sprechen Sie uns an! NORRES Schlauchtechnik Am Stadthafen Gelsenkirchen Tel.: Fax: info@norres-aeration.com A :25