Lade Inhalt...

Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate

©2004 Diplomarbeit 93 Seiten

Zusammenfassung

Inhaltsangabe:Zusammenfassung:
Im Rahmen eines Wettbewerbs für Studierende an deutschen Hochschulen der Hans Huber AG, Berching und in einer Diplomarbeit an der TU Hamburg-Harburg wurde ein naturnahes und kostengünstiges Abwasserkonzept für urbane, peri-urbane und ländliche Räume in Schwellen- und Entwicklungsländern entwickelt. Wichtige Elemente des vor allem für aride Klimate geeigneten Konzeptes sind neu entwickelte, dezentrale Trocknungsmodule mit Filtereinsätzen sowie Trockentoiletten und bewachsene Bodenfilter. Die Ideen aus dem Wettbewerbsbeitrag wurden im Juli 2004 mit dem 1. Platz beim Huber-Technology-Preis 2004 ausgezeichnet.

Problemstellung:
Im Jahr 2000 konnte weltweit für ca. 2,4 Milliarden Menschen – diese Zahl entspricht etwa 40 Prozent der Weltbevölkerung – keine oder eine nur unzureichend funktionierende Abwasserinfrastruktur bereitgestellt werden. Neben den katastrophalen ökologischen Folgen stellen vor allem die hieraus resultierenden gesundheitlichen Risiken für die Bevölkerung ein großes Problem dar. Gerade in wirtschaftlich schwach entwickelten Regionen werden unter anderem das rasante Bevölkerungswachstum, verbunden mit starken Urbanisierungsprozessen, schwierige klimatische Bedingungen sowie fehlende finanzielle Möglichkeiten zur Tätigung der erforderlichen Investitionen in den Neubau oder die Unterhaltung von Abwassersystemen zu einer weiteren Verschärfung der gegenwärtigen Situation führen.
Die Bemühungen der internationalen Wasserwirtschaft zeigen, dass das Entwicklungsziel der Vereinten Nationen, eine maßgebliche Verbesserung der Versorgungssituation für die Hälfte der ca. 2,4 Milliarden Menschen bis zum Jahr 2015, mit konventionellen Lösungen nicht erreicht werden kann. Weltweit besteht daher vor allem für dicht besiedelte urbane und peri-urbane Räume ein großer Bedarf an alternativen Abwasserkonzepten. Die vorliegenden Ideen zur Lösung dieser Problematik wurden im Rahmen eines Wettbewerbs für Studierende an deutschen Hoch- und Fachhochschulen der Hans Huber AG, Berching, sowie einer Diplomarbeit im Studiengang Bauingenieurwesen und Umwelttechnik an der Technischen Universität Hamburg-Harburg entwickelt. Ausgehend von der Aufgabenstellung zum Huber-Technology-Preis 2004 „Naturnahe Klärtechnik für Entwicklungsländer“ wird im Folgenden die konkrete Aufgabenstellung für das zu entwickelnde Abwasserkonzept formuliert:
„Eine Hauptursache vieler Krankheiten in den Ländern der zweiten und dritten Welt ist die […]

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis


ID 8757
Schlüter, Thoralf: Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
Hamburg: Diplomica GmbH, 2005
Zugl.: Technische Universität Hamburg-Harburg, Diplomarbeit, 2004
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte,
insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von
Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der
Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen,
bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung
dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen
der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik
Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich
vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des
Urheberrechtes.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in
diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,
dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei
zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können
Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die
Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine
Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen.
Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2005
Printed in Germany

Seite
1/2
Autorenprofil
Person
Name
Schlüter,
Thoralf
Adresse
Hagenower Straße 1
D-19230 Hagenow Heide
Telefon/Telefax
+49.173.6202296/+49.173.506202296
Email
thoralf.schlueter@gmx.de
Staatsangehörigkeit
deutsch
Geburtsdatum
04. Feb 1975
Promotion
seit Jul 2004
Promotion am
Arbeitsbereich Kommunale und industrielle Abwasserwirtschaft,
Technische Universität Hamburg-Harburg
Thema
,,Großräumige
Low-Cost-Abwassersysteme durch die Serienfertigung dezen-
traler Einheiten mit professionellen Wartungs- und Marketingstrategien"
Studium
Okt 1996 ­ Jul 2004
Studiengang Bauingenieurwesen & Umwelttechnik
an der Technischen Universität Hamburg-Harburg
Nov 1999 ­ Jul 2000
Auslandssemester am Indian Institute of Technology Madras | Indien
Mai 2002 ­ Jul 2003
Praxissemester, Job/Praktikum in Berlin und Tokio | Japan
Spezialisierungen
Wasser & Abwasser, Massivbau, Geotechnik & Baubetrieb, Wasserbau &
Küsteningenieurwesen, Stadt & Verkehr, Wasserressourcenmanagement
Diplomarbeit
,,Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate",
1. Platz beim Huber-Technology-Preis 2003/2004
22. Jul 2004
Abschluss als Dipl.-Ing. Bauingenieurwesen & Umwelttechnik
Zivildienst
Okt 1995 ­ Okt 1996
Zivildienst beim Deutschen Roten Kreuz Hagenow,
Tätigkeiten im Rettungsdienst, im Krankenhaus und bei der Sozialstation
Berufsausbildung
Aug 1993 ­ Sep 1995
Ausbildung zum Vermessungstechniker, Vermessungsbüro Richers & Müller,
Hagenow und Berufliche Schule für Bau und Handwerk, Schwerin
29. Sep 1995
vorzeitiger Abschluss als Vermessungstechniker
Schulbildung
1981 ­ 1991
Polytechnische Oberschulen II und III in Hagenow
1991 ­ 1993
Gymnasium Hagenow
26. Jun 1993
Abschluss mit Abitur

Seite
2/2
Berufliche Erfahrung
u. a.
Nov 2000 ­ Jun 2004
Ingenieurbüro Wetzel & von Seht, Büro Hamburg und Bauleitung Berlin
Beratende Ingenieure VBI, Prüfingenieure für Baustatik VPI
3½ Jahre
Studentische und freie Mitarbeit, Teil- und Vollzeit
Aug 2002 ­ Sep 2002
Mitsubishi Heavy Industries Ltd., Tokyo | Japan
Yokohama Dockyard and Machinery Works, Steel Bridge Department
2 Monate
IAESTE Internship
Sep 1998 ­ Nov 1999
Arbeitsbereich Bauphysik und Werkstoffe im Bauwesen,
Labor für Baustoffkunde und Bauphysik, TU Hamburg-Harburg
1¼ Jahr
Studentische Hilfskraft, Teilzeit
1991 ­ 1998
Diverse Jobs u. Praktika bei Ingenieurbüros, Baufirmen und öffentlichem
Dienst in den Bereichen Straßen- und Tiefbau, Vermessung, Abwasserplanung
Jobs & Praktika, Vollzeit
Weiterbildung
u. a.
Okt 2004
,,Kompaktprogramm zur Einführung in die deutsche Wasserwirtschaft mit
internationaler Ausrichtung", DWA
2 Wochen
Seminar an verschiedenen Standorten | Deutschland
Mai 2004
"Appropriate Sanitation in the Developing World",
Ecosan Norway, Agricultural University of Norway
1 Woche
Studienkurs in Ås/Oslo | Norwegen
Sep/Okt 2003
Advanced Study Course SUSTAINIS "Sustainable Use of Water on
Mediterranean Islands", Zentrum für Umweltforschung/Universität Münster
2 Wochen
Studienkurs in Agia Napa | Zypern
Persönliche Qualifikationen
Offene Persönlichkeit, zuverlässig, belastbar, teamfähig und flexibel.
Soziale, interkulturelle und kommunikative Kompetenzen.
Interesse an internationaler Zusammenarbeit, lösungsorientiertes Arbeiten.
Sprachkenntnisse
Deutsch (Muttersprache)
Englisch (fließend in Wort und Schrift)
Russisch (sehr gute, aufzufrischende Grundlagen)
Computerkenntnisse
Betriebssysteme
Windows, Unix, Mac OS
Office & Projektmanagement MS Office inkl. VBA, Bildbearbeitung, Webdesign, MS Project, AVA Bechmann
Ingenieursoftware
Grundlagen in CAD, FEM sowie in GIS Anwendungen
Führerscheine
PKW, Motorrad, Sportboot
Mitgliedschaften
Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall DWA
International Water Association IWA
Private
Interessen
Gesellschaft und Politik, Umweltschutz, Literatur,
Kunst und Kultur (Fotografie/Musik aktiv), Sport (Tennis/Wassersport aktiv)
Thoralf Schlüter, Hamburg im Mai 2005

Diplomarbeit
Erklärung
TUHH
Erklärung
Hiermit versichere ich, die vorliegende Diplomarbeit selbstständig verfasst und keine
anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt zu haben.
Thoralf
Schlüter
Hamburg, im Juli 2004
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
i

Diplomarbeit
Danksagung
TUHH
Danksagung
An erster Stelle möchte ich ausdrücklich meinen Eltern Regina und Detlef Schlüter
danken, zum einen für die großartige Unterstützung, die sie mir während meines ge-
samten Studiums zukommen ließen, zum anderen aber auch für die kritischen
fachlichen Fragen, die bei der Erstellung dieser Diplomarbeit sehr hilfreich waren.
Ich danke Herrn Prof. Dr. Ralf Otterpohl für die fachlichen Anmerkungen zur vorlie-
genden Arbeit und für die sehr interessanten und motivierenden Lehrveranstaltungen
an der Technischen Universität Hamburg-Harburg, in denen er mein Interesse an
alternativen und nachhaltigen Lösungen im (Ab)wasserbereich geweckt hat.
Ich danke genauso den Herren Dr. Joachim Behrendt und Ullrich Braun für die kon-
troversen und fruchtbaren fachlichen Diskussionen zum Thema dieser Diplomarbeit
und für interessante Anregungen zu den Lösungsvorschlägen.
Ein großer Dank geht auch an Martina Hammer, die mich beim Korrektur lesen un-
terstützte, an Abir Mohamed, Dr. Susanne Neubert und Michael Jahnke, die mir bei
fachlichen Fragen sehr freundlich und hilfreich zur Seite standen, ganz besonders
aber auch an meinen Bruder Thomas Schlüter, der meine Ideen kritisch begleitete.
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
ii

Diplomarbeit
Inhalt
TUHH
Inhalt
Abbildungen ... v
Tabellen ...viii
Abkürzungen ... ix
1
Einleitung...1
2
Anforderungen und Prioritätenfestlegung...3
2.1
Anforderungen an das Konzept ...3
2.1.1
Klima...3
2.1.2
Siedlungsstruktur ...4
2.1.3
Landwirtschaft...4
2.1.4
Wasserversorgungssituation...4
2.1.5
Sonstige Infrastruktur...5
2.1.6
Gesundheitsgefährdung...6
2.1.7
Hygienegewohnheiten ...6
2.1.8
Umweltbelastungen ...6
2.1.9
Einfache und kostengünstige Bauweise ...7
2.1.10 Unterstützung von Strukturentwicklungen...7
2.1.11 Gesellschaftliche Aspekte...7
2.2
Festlegung von Prioritäten ...8
3
Konzeptidee...9
3.1
Abwasserkonzept für den städtischen Raum ...9
3.2
Abwasserkonzept für den ländlichen Raum ...14
4
Konzeptelemente mit Leistungsdaten...21
4.1
Konzeptelemente für den städtischen Raum ...21
4.1.1
Spültoiletten ...21
4.1.2
Trocknungsmodule ...21
4.1.3
Trocknungskammern mit Filtersäcken ...24
4.1.4
Transport von Trocknungsmodulen und Filtersäcken ...27
4.1.5
Trocknung und Kompostierung ...27
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
iii

Diplomarbeit
Inhalt
TUHH
4.1.6
Kanalsysteme ...28
4.1.7
Vorklärung ...29
4.1.8
Bewachsene Bodenfilter für den städtischen Raum...37
4.2
Konzeptelemente für den ländlichen Raum ...44
4.2.1
Trockentoiletten ...44
4.2.2
Bewachsene Bodenfilter für den ländlichen Raum...45
5
Kosten ...50
5.1
Investitionskosten...50
5.1.1
Erstellung und Erwerb...50
5.1.2
Reinvestitionskosten ...50
5.2
Laufende Kosten ...53
5.3
Projektkostenbarwert ...53
5.4
Gewinne...55
6
Nutzen und Umsetzung ...56
6.1
Nutzen des Konzeptes ...56
6.1.1
Vermeidung der Gesundheitsgefährdung ...56
6.1.2
Unterstützung von Strukturentwicklungen...56
6.1.3
Verbesserung der Wasserversorgungssituation ...57
6.1.4
Vermeidung von Umweltbelastungen ...57
6.1.5
Wiederverwertung von Nährstoffen...57
6.1.6
Eignung zum Selbstbau ...58
6.1.7
Gesellschaftliche Akzeptanz ...58
6.1.8
Modifikationsmöglichkeiten ...58
6.2
Umsetzung des Konzeptes ...62
6.2.1
Implementierung ...62
6.2.2
Evaluierung ...62
7
Zusammenfassung ...63
Anhang ...66
Literatur ...75
Unterstützung ...79
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
iv

Diplomarbeit
Abbildungen
TUHH
Abbildungen
Abbildung 2.1:
Übersichtskarte zu weltweiten Regionen mit aridem Klima [10] ...3
Abbildung 2.2:
Verteilung der Wassernutzung und Wiederverwertungspotential (Annahme) ...5
Abbildung 2.3:
Prioritätenliste zur Entwicklung des Abwasserkonzeptes...8
Abbildung 3.1:
Stoffströme im häuslichen Abwasser [18] ...16
Abbildung 3.2:
Konzeptschema für den städtischen Raum ...17
Abbildung 3.3:
Nutzungsszenario für den städtischen Raum ...18
Abbildung 3.4:
Konzeptschema für den ländlichen Raum ...19
Abbildung 3.5:
Nutzungsszenario für den ländlichen Raum ...20
Abbildung 4.1:
Einbau der Trocknungsmodule unter der Toilette...23
Abbildung 4.2:
Trocknungsmodule mit Prozesskammmer im Gebäude...23
Abbildung 4.3:
Trocknungskammer mit Filtersäcken außerhalb des Gebäudes ...25
Abbildung 4.4:
Filtersack vor Einbau [33] ...26
Abbildung 4.5:
Filtersack nach Einbau [33] ...26
Abbildung 4.6:
Filtersäcke in Benutzung [5] ...26
Abbildung 4.7:
Selbstbau von Kanalsystemen in El-Alto, Bolivien ­ Erdarbeiten [3] ...29
Abbildung 4.8:
Selbstbau von Kanalsystemen in El-Alto, Bolivien ­ Verlegearbeiten [3] ...29
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
v

Diplomarbeit
Abbildungen
TUHH
Abbildung 4.9:
CSB-Abbau im Imhoff-Tank [24]...32
Abbildung 4.10:
Verhältnis BSB/CSB-Abbau [24] ...32
Abbildung 4.11:
Schlammvolumen im Imhoff-Tank [24] ...32
Abbildung 4.12:
Imhoff-Tank, Prinzipskizze, Grundriss und Schnitte [75], bearbeitet ...35
Abbildung 4.13:
Imhoff-Tanks zur Vorklärung von Abwasser in Bolivien [18] ...36
Abbildung 4.14:
Imhoff-Tanks zur Vorklärung von Abwasser in Bolivien [18] ...36
Abbildung 4.15:
Abwasserbehandlungsanlage mit Bodenfiltern für 1000 E ...37
Abbildung 4.16:
Intermittierende Beschickung mit Siphon-Heber, Grundriss [24] ...39
Abbildung 4.17:
Intermittierende Beschickung mit Siphon-Heber, Querschnitt [24] ...39
Abbildung 4.18:
Verteilersystem mit Standrohr, Grundriss [24]...40
Abbildung 4.19:
Verteilersystem mit Standrohr, Querschnitt [24] ...40
Abbildung 4.20:
Schichtenaufbau im vertikal durchströmten Bodenfilter...41
Abbildung 4.21:
Vertikal durchströmter, bewachsener Bodenfilter für den städtischen Raum ...42
Abbildung 4.22:
Bewachsener Vertikalfilter in Pilot-/Forschungsprojekt, Syrien [05]...43
Abbildung 4.25:
Verweilzeit in Kiesfiltern im Verhältnis zur Temperatur [24] ...48
Abbildung 4.26:
Einfluss des BSB Abbaus auf die Verweilzeit in Kiesfiltern [24] ...48
Abbildung 4.27:
Horizontal durchströmter, bewachsener Kiesfilter für den ländlichen Raum [24]...49
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
vi

Diplomarbeit
Abbildungen
TUHH
Abbildung 5.1:
Schätzung der Projektkosten für das vorgeschlagene Abwasserkonzept ...53
Abbildung 5.2:
Projektkostenbarwert für das vorgeschlagene Abwasserkonzept ...55
Abbildung 6.1:
Konzeptschema für den städtischen Raum, Modifikation 1 ...60
Abbildung 6.2:
Konzeptschema für den städtischen Raum, Modifikation 2 ...61
Abbildung A.1:
Globale Trinkwasserversorgung, ausreichend versorgte Bevölkerung 2000 [32]...67
Abbildung A.2:
Trinkwasserversorgung im städtischen Raum 2000 [32] ...67
Abbildung A.3:
Trinkwasserversorgung im ländlichen Raum 2000 [32] ...67
Abbildung A.4:
Bevölkerung mit Abwasserinfrastruktur im internationalen Vergleich 2000 [32] ...68
Abbildung A.5:
Abwasserentsorgung im städtischen Raum 2000 [32] ...68
Abbildung A.6:
Verteilung der Bevölkerung ohne Abwasserinfrastruktur 2000 [32]...68
Abbildung A.7:
Abwasserentsorgung im ländlichen Raum 2000 [32] ...68
Abbildung A.8:
Art der Abwasserinfrastruktur im Vergleich 2000 [32] ...68
Abbildung A.9:
Vergleich von Qualitätsrichtlinien an Bewässerungswasser
nach WHO, U.S. EPA und dem US-Bundesstaat Californien [1]...72
Abbildung A.10: Vergleich von Grenzwerten für die Bewässerung
menschlich konsumierter, landwirtschaftlicher Produkte mit Abwasser [1]...73
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
vii

Diplomarbeit
Tabellen
TUHH
Tabellen
Tabelle 4.1:
Dimensionierung der Trocknungsmodule und Filtersäcke...22
Tabelle 4.2:
Bemessung Imhoff-Tank für 1000 E, Berechnungsschema nach Sasse [24]...34
Tabelle 4.3:
Bemessung horizontal durchströmter Bodenfilter für 10 E,
Berechnungsschema nach Sasse [24] ...48
Tabelle 5.1:
Investitionskostenschätzung für das vorgeschlagene Abwasserkonzept ...51
Tabelle 5.2:
Schätzung von Nutzungsdauer und Reinvestitionskosten für die Konzeptelemente .52
Tabelle A.1:
Täglicher pro Kopf-Trinkwasserverbrauch im Haushalt [26] ...67
Tabelle A.2:
Stuhlgewichte in verschiedenen Regionen, GTZ [27]...69
Tabelle A.3:
BSB
5
Gehalte des Abwassers in verschiedenen Ländern, GTZ [27] ...69
Tabelle A.4:
Höchstkonzentrationen toxischer Stoffe im Bewässerungswasser, FAO 1976 [31] ..70
Tabelle A.5:
Beurteilung der Wasserqualität zur Bewässerung, Bretschneider et al. 1993 [31] ...70
Tabelle A.6:
Vorgeschlagene Qualitätsrichtlinien für Abwasser und Klärschlamm, GTZ [27]...71
Tabelle A.7:
Eignung salzhaltigen Wassers zur Viehtränke, FAO 1976 [31] ...74
Tabelle A.8:
Richtwerte für Metalle und Salze in Wasser zur Viehtränke, FAO 1976 [31]...74
Tabelle A.9:
Kosten für Abwasserentsorgung pro Haushalt, GTZ (Preise 1990) [27]...74
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
viii

Diplomarbeit
Abkürzungen
TUHH
Abkürzungen
a Jahr
BSB
Biochemischer
Sauerstoffbedarf
BSB
5
Biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen
CH
4
Methan
CSB
Chemischer
Sauerstoffbedarf
d Tag
D
eK
Diskontierungsfaktor für einmalige Kosten
D
gK
Diskontierungsfaktor für gleichförmige Kostenreihen
E Einwohner
g Gramm
h Stunde
ha
Hektar
HRT
Aufenthaltszeit
i Nutzungsdauer
kg
Kilogramm
K
S
Sickergeschwindigkeit
l Liter
m Meter
M Monat
mg
Milligramm
n Realer
Zinssatz
N
ges
Gesamtstickstoff
NH
4
Ammonium
NO
3
Nitrat
NRO
Nichtregierungsorganisation
P Phosphor
PKBW Projektkostenbarwert
s Sekunde
SS
Schwebstoffe
Stk
Stück
TS
Trockensubstanz
WaAR
Wasser aus Analreinigung
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
ix

Diplomarbeit
Einleitung
TUHH
1 Einleitung
Im Jahr 2000 konnte weltweit für ca. 2,4 Milliarden Menschen ­ diese Zahl entspricht
ca. 40 Prozent der Weltbevölkerung ­ [32] keine oder eine nur unzureichend funktio-
nierende Abwasserinfrastruktur bereitgestellt werden. Neben den katastrophalen
ökologischen Folgen stellen vor allem die hieraus entstehenden gesundheitlichen
Risiken für die Bevölkerung ein großes Problem dar.
Gerade in wirtschaftlich schwach entwickelten Regionen werden unter anderem der
rasante Anstieg der Bevölkerungszahlen, verbunden mit einem zunehmenden Urba-
nisierungsprozess, schwierige klimatische Bedingungen sowie fehlende finanzielle
Möglichkeiten zur Tätigung der erforderlichen Investitionen in den Neubau oder die
Unterhaltung von Abwassersystemen zu einer Verschärfung der gegenwärtigen Situ-
ation führen.
Weltweit besteht daher gerade in städtischen Räumen ein großer Bedarf an ganz-
heitlichen Konzepten, die einen nachhaltigen Umgang mit (Ab)wasser ermöglichen.
Durch den Umstieg auf neue, teilstromorientierte Abwasserkonzepte werden die
Voraussetzungen geschaffen, (Ab)wasser nicht länger als ein wertloses Abfallpro-
dukt zu sehen und kostenintensiv zu behandeln, sondern, über das primäre Ziel einer
funktionierenden Entsorgung hinaus, die im Abwasserstrom enthaltenen Stoffe zu
verwerten. Hierdurch werden Abfälle zu Ressourcen, die einen wichtigen Beitrag zur
Verbesserung der Versorgungssituation in vielen Lebensbereichen leisten können.
Die Problemstellung für die vorliegende Diplomarbeit entstand aus der Ausschrei-
bung zu einem Wettbewerb für Studierende an deutschen Hoch- und
Fachhochschulen der Hans Huber AG, Berching. Ausgehend von der Aufgabenstel-
lung zum Huber-Technology-Preis 2003/2004 ,,Naturnahe Klärtechnik für
Entwicklungsländer" [9] wird im Folgenden die konkrete Aufgabenstellung für das zu
entwickelnde Abwasserkonzept formuliert:
,,Eine Hauptursache vieler Krankheiten in den Ländern der zweiten und dritten Welt
ist die unzureichende Behandlung des häuslichen Abwassers. End-of-pipe-
Lösungen, wie die Kläranlagen nach den Standards der Industrieländer, sind im Hin-
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
1

Diplomarbeit
Einleitung
TUHH
blick auf eine nachhaltige Wasser- und Nährstoffkreislaufführung in der Regel weder
sinnvoll noch flächendeckend finanzierbar. Darüber hinaus fehlt es an Fachpersonal
zum Betrieb dieser Anlagen.
Gesucht wird daher ein neues Konzept zur Abwasserentsorgung und möglichst auch
zur Wasserwiederverwertung, mit dem die Bevölkerung von Entwicklungs- und
Schwellenländern in weitgehender Eigenleistung die Maßnahmen selber planen,
bauen und betreiben kann.
Am Beispiel eines Gebietes in einer ariden Klimazone mit nährstoff- und humusar-
men landwirtschaftlichen Nutzflächen soll das gesuchte Konzept dargestellt werden.
Das Gebiet teilt sich dabei auf in ein dicht bebautes Stadtzentrum mit bis zu 2.000
Einwohnern und in einen dünn besiedelten ländlichen Raum ­ in dem vor allem Vieh-
zucht betrieben wird ­ mit rund 500 Einwohnern. Eine flächendeckende Versorgung
mit elektrischem Strom kann nicht vorausgesetzt werden." [9]
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
2

Diplomarbeit
Anforderungen und Prioritätenfestlegung
TUHH
2 Anforderungen und Prioritätenfestlegung
2.1 Anforderungen an das Konzept
Vor der Ausarbeitung eines Abwasserkonzeptes ist es zunächst erforderlich, die
spezifischen Ausgangsbedingungen zu analysieren und die daraus resultierenden
Anforderungen an das Konzept zu definieren. Ausgehend von der Aufgabenstellung
werden im Folgenden die wichtigsten Aspekte diskutiert.
2.1.1 Klima
Das Abwasserkonzept soll für Regionen in ariden Klimazonen erstellt werden. Die
weltweite Verteilung dieser Klimate ist in Abbildung 2.1, an Hand eines globalen
Feuchtigkeitsindexes, dargestellt.
Abbildung 2.1: Übersichtskarte zu weltweiten Regionen mit aridem Klima [10]
Kennzeichnend für aride Gebiete sind vor allem seltene und unregelmäßige Nieder-
schläge. Hohe Verdunstungsraten, die in vielen Regionen durch sehr hohe
Lufttemperaturen noch verstärkt werden, sowie in der Regel nur begrenzt erneuerba-
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
3

Diplomarbeit
Anforderungen und Prioritätenfestlegung
TUHH
re Grundwasservorkommen machen eine nachhaltige Bewirtschaftung der vorhan-
denen Wasserressourcen dringend erforderlich, die Ausbeutung fossiler
Grundwasserreserven ist langfristig unbedingt zu vermeiden. Durch die Wiederver-
wertung von gereinigtem Abwasser können lokal neue Wasserressourcen generiert
werden, das Konzept sollte hierauf abzielen und dabei gleichzeitig hohen Wasserver-
lusten aus Evaporation vorbeugen.
2.1.2 Siedlungsstruktur
Die Projektregion besteht aus einem dicht bebauten Stadtzentrum mit ca. 2000 Ein-
wohnern und einem ländlichen Bereich mit ca. 500 Einwohnern. Das Konzept sollte
den unterschiedlichen Siedlungsstrukturen in der Stadt und auf dem Land Rechnung
tragen. Insbesondere die dichte Bebauung im Stadtzentrum und die hohe Anzahl der
Bewohner je Haus erschweren die Implementierung von alternativen und dezentralen
Abwasserkonzepten.
Für das vorliegende Konzept wird eine Anzahl von 10 Benutzern je Toilette ange-
nommen. Bei einem Pilotprojekt in Palästina waren es vergleichsweise bis zu 13
Benutzer [30]. Es werden flexible und Platz sparende Lösungen erforderlich. Für das
vorgeschlagene Konzept wird davon ausgegangen, dass in der Umgebung der Stadt
ausreichend Platz für die Errichtung von Behandlungsanlagen zur Verfügung steht.
2.1.3 Landwirtschaft
In der Projektregion wird vor allem Viehzucht betrieben. In vielen ariden Gebieten
sind die vorhandenen Böden nährstoff- und humusarm, vielfach aus Sand oder Kalk-
stein bestehend. Sie sind daher für landwirtschaftlichen Ackerbau nicht oder nur
bedingt geeignet. Durch die Wiederverwendung von Nährstoffen aus dem Abwasser
als Dünger und durch die Produktion und Nutzung von Humus können Böden aufge-
wertet werden und somit der, wenn auch begrenzte, Anbau von Nutzpflanzen oder
Viehfutter ermöglicht werden.
2.1.4 Wasserversorgungssituation
Für das Konzept wird davon ausgegangen, dass im städtischen Bereich eine funktio-
nierende Wasserdruckversorgung vorhanden ist. Im ländlichen Raum kann diese
jedoch nicht vorausgesetzt werden. Der Wasserverbrauch im Haushalt liegt in den
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
4

Diplomarbeit
Anforderungen und Prioritätenfestlegung
TUHH
meisten Entwicklungs- und Schwellenländern in ariden Regionen deutlich unter dem
europäischen Mittel von 157 l/Ed [26]. In Jordanien werden zum Beispiel ca. 70 l/Ed
verbraucht [26]. In diesem Konzept wird daher mit einem Verbrauch < 100 l/Ed ge-
rechnet. Der Abwasseranfall im Stadtzentrum wird dabei auf ca. 80 l/Ed geschätzt
(ohne Feststoffe).
Wasserressourcen
Haushalte &
Bewässerung
Tränkwasser
Abbildung 2.2: Verteilung der Wassernutzung und Wiederverwertungspotential (Annahme)
Potentiale zur Verbesserung der Versorgungssituation können sich durch die Instal-
lation Wasser sparender Technologien in den Haushalten, durch die Verbesserung
der Versorgungsinfrastruktur (in vielen Ländern sind Wasserverluste in den Versor-
gungssystemen von über 50 Prozent zu verzeichnen [26]) sowie durch den
teilweisen Ersatz von gefördertem Wasser zu Bewässerung durch gereinigtes Ab-
wasser ergeben. Hierdurch werden Wasserressourcen für andere Nutzungen frei.
Das Potential für die Wiederverwendung von Abwasser im städtischen Bereich wird
auf 160 m³/d, abzüglich Verluste, geschätzt. Die Nutzung von gereinigtem Abwasser
in den Haushalten ist nur bedingt zu empfehlen. Durch Fehlanschlüsse können die
im gereinigten Abwasser vorhandenen Restkeime in das Versorgungsnetz gelangen
und damit gesundheitliche Risiken für die Bevölkerung hervorrufen. Eine strenge
Qualitätsüberwachung wird dringend erforderlich. Darüber hinaus führt die Installati-
on einer zweiten Versorgungsinfrastruktur zu hohen Kosten.
2.1.5 Sonstige
Infrastruktur
Das Konzept wird unabhängig von möglicherweise bereits vorhandener Abwasserinf-
rastruktur erstellt. Bei der Umsetzung des Konzeptes ist die jeweilige Ausgangs-
Potentielle Wiederverwertungsmöglichkeiten für gereinigtes Abwasser aus Haushalt & Gewerbe
Gewerbe
(Ackerbau)
(Viehzucht)
Umwelt
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
5

Diplomarbeit
Anforderungen und Prioritätenfestlegung
TUHH
situation zu evaluieren, um gegebenenfalls die vorhandene Infrastruktur in das Kon-
zept mit einzubeziehen. Eine flächendeckende Versorgung mit elektrischem Strom
kann nicht vorausgesetzt werden. Elektrizität, die eventuell für einzelne Konzeptele-
mente, wie zum Beispiel Pumpen, erforderlich wird, kann zur Verfügung gestellt
werden. Allerdings müssen temporäre Stromausfälle berücksichtigt werden. Funktion
und Betrieb der Abwasserentsorgung und -behandlung dürfen hierdurch nicht ge-
fährdet sein.
2.1.6 Gesundheitsgefährdung
Höchste Priorität muss insbesondere in Entwicklungsländern die Vermeidung ge-
sundheitlicher Risiken aus dem Umgang und Kontakt mit Abwasser haben. Durch
fehlende oder unzureichende Behandlung des Abwassers gelangen Krankheitserre-
ger in den Wasserkreislauf. Die Kontamination von Oberflächengewässern und
Grundwasser birgt große gesundheitliche Risiken für die Bevölkerung. Die hohe Zahl
wasserbedingter Krankheiten weltweit erfordert dringend Lösungen, die eine hygieni-
sche Unbedenklichkeit des gereinigten Abwassers, insbesondere bei anschließender
Verwertung, zum Beispiel zur Bewässerung, sicherstellen.
2.1.7 Hygienegewohnheiten
In vielen Entwicklungs- und Schwellenländern werden vorrangig Hocktoiletten be-
nutzt. Dies sollte bei Installation neuer Sanitäreinrichtungen berücksichtigt werden.
Die Analreinigung erfolgt meist mit Wasser, manchmal auch mit Papier und Wasser.
Auch in diesem Abwasserstrom befinden sich gefährliche Krankheitserreger, was bei
der Wahl der Konzeptelemente und Behandlungsverfahren zu berücksichtigen ist.
2.1.8 Umweltbelastungen
Durch unzureichende Abwasserentsorgung und -behandlung entstehen in vielen
Ländern erhebliche Schäden an der Umwelt und an den vorhandenen Ressourcen.
Undichte Leitungen und nicht einwandfrei funktionierende Anlagen, wie zum Beispiel
undichte Sickergruben, führen zur Infiltration von Schadstoffen in den Boden. Die
Grundwasservorkommen werden so schwerwiegend geschädigt. Das Einleiten von
nicht oder nur unzureichend gereinigtem Abwasser in Vorfluter verschmutzt die O-
berflächengewässer. Durch die Errichtung einer langfristig funktionierenden und
effektiven Abwasserinfrastruktur können solche Schäden vermieden werden.
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
6

Diplomarbeit
Anforderungen und Prioritätenfestlegung
TUHH
2.1.9 Einfache und kostengünstige Bauweise
Das vorliegende Konzept soll die Bevölkerung in Schwellen- und Entwicklungslän-
dern befähigen, die Abwasserinfrastruktur in weitgehender Eigenleistung zu planen,
zu bauen und zu betreiben. Hohe Kosten, die vor allem bei der Errichtung aufwendi-
ger Großanlagen und großvolumiger Kanalsysteme entstehen, sind auf Grund
begrenzter Mittel zur Finanzierung zu vermeiden. Hierzu ist vor allem auf die Wahl
einer einfachen Bauweise sowie auf die Verwendung von örtlich verfügbaren Bau-
stoffen zu achten. Das erforderliche fachliche Know-how sollte dem Kenntnisstand
der Bauleute und Handwerker entsprechen oder leicht zu erlernen sein. Darüber hin-
aus hilft eine wartungsarme Technologie, die langfristige Funktion der Anlagen und
die Betriebssicherheit zu gewährleisten.
2.1.10 Unterstützung von Strukturentwicklungen
Es ist gerade in Entwicklungsländern von großer Bedeutung, wenn mit dem Abwas-
serkonzept ökonomische Strukturen (zum Beispiel Small Business) aufgebaut
werden. Durch die Bewirtschaftung einzelner Konzeptelemente und die daraus resul-
tierende Mehrwertschaffung entstehen Arbeitsplätze. Dies erhöht zum einen die
Akzeptanz für neue und alternative Lösungen, zum anderen kann so die Unterhal-
tung einzelner Konzeptelemente besser gewährleistet werden. Öffentliche Haushalte,
die in vielen Fällen die Unterhaltung der Abwasserinfrastruktur subventionieren, wer-
den entlastet.
2.1.11 Gesellschaftliche Aspekte
In vielen Ländern gibt es große Vorbehalte bei der Errichtung dezentraler und stoff-
stromorientierter Abwasserkonzepte. Religiöse und soziale Bedenken hinsichtlich
neuer Hygienegewohnheiten (z. B. durch den Einsatz von Urin-Separationstoiletten)
und der Wiederverwertung von Abwasser oder dessen Bestandteile erschweren die
Umsetzung entsprechender Konzepte. Weltweit wird beispielsweise immer wieder
festgestellt, dass der Einsatz von Spültoiletten von vielen Benutzern ausdrücklich
gewünscht wird. Häufig wird sich dabei an den bestehenden Technologien und Stan-
dards der Industrieländer orientiert.
Pilotprojekte zeugen dagegen auch von positiven Entwicklungen hinsichtlich des
Einsatzes dezentraler und stoffstromorientierter Lösungen. Allerdings wird in diesen
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
7

Diplomarbeit
Anforderungen und Prioritätenfestlegung
TUHH
Fällen ein hohes Maß an Eigenverantwortung auf die Benutzer übertragen, darüber
hinaus ist die grundsätzliche Bereitschaft der Bevölkerung zur Annahme neuer Hy-
gienegewohnheiten erforderlich, Begleitmaßnahmen, wie Beratung und Aufklärung,
haben ebenso große Bedeutung.
Die Umsetzung alternativer Lösungen ist meist auf wenige Haushalte, oft im ländli-
chen Raum, beschränkt. Im dicht besiedelten, innerstädtischen Raum erweist sich
die Implementierung alternativer Lösungen dagegen als schwierig. Viele Bewohner
bringen nicht die Bereitschaft zur Umstellung auf oder ihnen fehlen die Möglichkei-
ten, einen persönlichen Vorteil aus den neuen Lösungen zu ziehen, zum Beispiel
durch die Verwertung von Dünger und Humus im eigenen Garten. Das Konzept
muss diese Schwierigkeiten, gerade im städtischen Raum, berücksichtigen. Ziel des
Konzeptes ist daher auch die Reduzierung der Eigenverantwortung der Benutzer und
die Berücksichtigung der Ansprüche an Sanitäreinrichtungen. Für eine breite Akzep-
tanz bei der Bevölkerung muss das Konzept persönliche Vorteile für den Einzelnen
erkennbar machen.
2.2 Festlegung von Prioritäten
Zur Erstellung eines an die Ausgangsbedingungen angepassten Abwasserkonzeptes
ist es hilfreich, unterschiedliche Prioritäten für die einzelnen Anforderungen festzule-
gen. Die Ausarbeitung kann dann zielgerichtet anhand dieser Festlegung erfolgen.
Die der Erstellung des vorgeschlagenen Konzeptes zu Grunde liegende Prioritäten-
liste ist in Abbildung 2.3 dargestellt.
Prioritätenliste zur Erstellung des Abwasserkonzeptes
1. Vermeidung gesundheitlicher Risiken für die Bevölkerung
2. Einfache und kostengünstige Bauweise, Betriebssicherheit
3. Unterstützung von Strukturentwicklungen
4. Verbesserung der Wasserversorgungssituation
5. Vermeidung von Umweltbelastungen, Ressourcenschutz
6. Wiederverwertung der Nährstoffe aus dem Abwasser
Abbildung 2.3: Prioritätenliste zur Entwicklung des Abwasserkonzeptes
Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
8

Details

Seiten
Erscheinungsform
Originalausgabe
Jahr
2004
ISBN (eBook)
9783832487577
ISBN (Paperback)
9783838687575
Dateigröße
9.5 MB
Sprache
Deutsch
Institution / Hochschule
Technische Universität Hamburg-Harburg – Abwasserwirtschaft
Note
1,0
Schlagworte
ecosan sanitär kreislauf
Zurück

Titel: Entwicklung eines naturnahen Abwasserkonzeptes für aride Klimate
book preview page numper 1
book preview page numper 2
book preview page numper 3
book preview page numper 4
book preview page numper 5
book preview page numper 6
book preview page numper 7
book preview page numper 8
book preview page numper 9
book preview page numper 10
book preview page numper 11
book preview page numper 12
book preview page numper 13
book preview page numper 14
book preview page numper 15
book preview page numper 16
book preview page numper 17
book preview page numper 18
book preview page numper 19
book preview page numper 20
93 Seiten
Cookie-Einstellungen