kreis – zusammenhänge von landwirtschaft, wasser, abwasser
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KREIS – Zusammenhänge von Landwirtschaft,Wasser, Abwasser und Abfall ermöglichen
Kopplung von regenerativer Energiegewinnung mit innovativer Stadtentwässerung
Prof. Dr.-Ing. Jörg LondongBauhaus-Universität Weimar Bauhaus-Institut für zukunftsweisende Infrastruktursysteme b.is
Fachforum Zukunft des Systems Ökolandbau, Berlin 1. Juli 2014
Vorstellung
Bauingenieurstudium an der RWTH Aachen
1987 Promotion an der RWTH Aachen
1988 – 2001 Wupperverband in Wuppertalzuletzt Leiter Geschäftsbereich Technik
1997 Honorarprofessur Universität Essen
2001 Ruf an die Bauhaus-Universität Weimarseit 2001 Leiter der Professur Siedlungswasserwirtschaft
seit 2013 geschäftsführender Gesellschafter INAWA GbR
seit 2013 Direktor des Institutes für zukunftsweisende Infrastruktursysteme b.is
Inhalte
Ansätze für neue Konzepte erläutern
Am Beispiel KREIS Hamburg Jenfelder Au aufzeigentechnisches KonzeptSchnittstelle Landwirtschaft
Nach: Larsen, T.A.; Gujer, W.: Waste design and source control lead to flexibility in wastewater management, 1. IWA world water congress, Paris 3.-7.7.2000
Siedlungs-gebiete
ländlicheGebiete
Landwirtschaft
Klärschlamm
KläranlageÜberlauf
Vorfluter
Grundwasser
??
???
?!??
Die Siedlungsentwässerung hat Lecks !
Boden
?
endliche Phosphorreserven
Phosphatreserven 2000 in Tausend Tonnen
USA
China
Marokko
Andere LänderReservenReserve base
Reserven = Vorkommen, die unter 35 US$/t gefördert werden können
Reserve base = Vorkommen, die unter 100 US$/t gefördert werden können
Jasinski, 2001
Stoffströme bei der klassischen Abwasser-entsorgung
Lebensmittel
Schwemm-kanal
SpültoilettenLand
wirt
scha
ft
Akkumulation (Phosphor, Stickstoff, Kalium, Kohlenstoff)
Kläranlage
KalibergbauPhosphat aus Afrika
Düngerfabrik
Klär-schlamm
Abfälle
DeponieVerbrennung
Luftstickstoff (N )2
HoherEnergie-aufwand fürNitrifikation
Trinkw
asser
Nach: Otterpohl et al.
Das System führt zum Verlust von Nährstoffen
Stoffströme:
Spannungsfeld
Umweltbelastung und Ressource
Abwasser, Müll, Bauschutt
oder
(Trink, Bewässerungs...-)Wasser, Dünger, Rohstoff, Baumaterial ...
Was tun? Technik
Wesentlichen Nachteilen des heutigen end-of-pipe-Systems kann begegnet werden, wenn Maßnahmen an der Quelle ansetzen.
Diese Philosophie ist bei industriellen Produktionen schon weit verbreitet.
In der Siedlungsentwässerung kann die Versickerung von unverschmutztem Regenwasser vor Ort als Einstieg in die Trennung von Stoffströmen und Maßnahmen an der Quelle gesehen werden.
Konsequent weitergedacht kommt man zur Analyseder Teilströme auch im häuslichen Abwasser.
Benennung der Teilströme des häuslichen Abwassers
Urin mit oder ohne Spülwasser
Gelbwasser
Fäzes mit Spülwasser ohne Urin
Braunwasser
Sonstiges häusliches Abwasser, ohne Urin und ohne Fäzes
Grauwasser
Fäkalien mit Spülwasser und Urin
Schwarzwasser
urine~ 500 L/(I*a)
feces~ 50 L/(I*a)
greywater25.000 -100.000
L/(I*a)
N ~ 4-5 kg/(I*a) ~ 3 % ~ 87 % ~ 10 %
~ 34 %K ~ 1,8 kg/(I*a) ~ 54 % ~ 12 %
P ~ 0,75 kg/(I*a) ~50 % ~ 40 %~ 10 %
COD ~ 30 kg/(I*a) ~ 41 % ~ 12 % ~ 47 %
Wastewater is characterized by a very uneven distribution of material fractions from different wastewater sources.
Boden Lebensmittel
KaliumPhosphorStickstoffKohlenstoff
Badenerwünscht!
BiologischeReinigung(z.B. PKA)
Versickerung
Energie-versorgung
Schwarzwasserund Bioabfälle
Gelbwasser
Braunwasser
Grau-wasser
Regen-wasser
Verbesserungder Humusschicht
geringerWasser-bedarf
P < 1%N < 1%wenig Kohlenstoff
Recycling
Nic
htab
baub
are
Abf
älle
Speicher
Stoffströme bei einer neuen Abwasser-„ent“sorgung
Nach: Otterpohl et al.
Behandlung mit Entfernung Pathogen und Mico-Verunreinigungen
Einige Pilotprojekte zu Neuartigen Sanitärsystemen (NASS)
Erfahrungen aus Schweden
Gelb-wasser
Filtrat
Ablauf- wasser
Grau-wasser
-
Wasserkreis-lauf
Küche
Rottebehälter
+Vorklärung
Bew ach se ner Bodenfi lte r
Nähr-stoff- kreis- lauf
Gelbwasserspeiche r
G ar tenkompost
Dusche, Bad,
Waschmaschine, etc.
Rottegut
Landwirtschaft und Gar tenb au
Trink-wasser
Braun-wasser
Wasserw erk
Gewässer
Separations -
toilet te
Nahrungsmittel
Gelb-wasser
Das Abwasserkonzept der Lambertsmühle
Lambertsmühle
Deus 21
Wohnhaus Londong
GTZ Eschborn
UNESCO-IHE Gebäude Delft, NL
UrintanksSolar City Pichling Linz, A
KfW-Gebäude
„Ostarkade“
Kanal
• Umsetzungsoptionen des HAMBURG WATER Cycle® in Kombination mit Wärmeversorgungskonzepten wissenschaftlich begleiten
• Unterstützung des Planungs- und Bauprozesses sowie der Inbetriebnahme der technischen Systeme mit vorbereitenden Untersuchungen
• Wissenschaftliche Begleitung des Betriebes nach Fertigstellung der Anlagen
• Projektlaufzeit: November 2011 bis Februar 2015, dann Phase 2 bis 2018
Zielsetzung im Forschungsprojekt KREIS
GESAMTKONZEPTKONZEPTION: HAMBURG WATERCYCLE®DEMONSTRATION: MODELLPROJEKT JENFELDER AUFORSCHUNGSVERBUNDMANAGEMENT4 Teilbereiche,
7 Arbeitspakete,10 Partner, 40 Personen
ENERGIEBIOGASERZEUGUNG- UNDNUTZUNGGEOTHERMIE, SOLARTHERMIEENERGIEVERBUNDSYSTEME,BETRIEBSKONZEPTE
ABWASSERUNTERDRUCKSYSTEM,SCHWARZWASSERBEHANDLUNG,ARZNEIMITTELELIMINATION, GÄRRESTVERWERTUNG
NACHHALTIGKEITÖKOLOGISCHE BEWERTUNGÖKONOMISCHE BEWERTUNGAKZEPTANZ UNDNUTZERANALYSENKOMMUNIKATIONSDEDIGN
Revitalisierung einer ehemaligen Kaserne zu einem neuen Stadtquartier
Gesamtfläche: 45 ha, davon umgestaltet: 35 ha
Realisierung: 2012 - 2016 Wohneinheiten: 770
Einwohner: ca. 2.000 Niedrigenergie- und
Passivhäuser
Jenfelder Au
Das Stadtquartier Jenfelder Au
Betriebshof
an den HWC ®
angeschlossene Gebäude
Schwarzwasserleitungen
Grauwasserleitungen
Inhalte
Ansätze für neue Konzepte erläutern
Am Beispiel KREIS Hamburg Jenfelder Au aufzeigentechnisches KonzeptSchnittstelle Landwirtschaft
Inventur der potentiellen Co-Substrate Abfall-/Abwasserstrom
Vergär-barkeit
Anfall/aktueller Verbleib Erschließbarkeit
Priv
ate
Abf
älle
Küchenabfälle ++ Ganzjährig/Biotonne, Restmüll teilweise über KAZ in Jenfeld möglich
Rasenschnitt + März-Oktober/ Biotonne, Kompost, Recyclinghof
separate Sammlung schwierig
Gartenabfälle -- März-Oktober/Biotonne, Kompost, schwierig
Laub -/+ Oktober-November/ Biotonne, Kompost, Recyclinghof
separate Sammlung schwierig
Öffe
ntlic
he A
bfäl
le
Rasenschnitt + März-Oktober/ beauftragte Entsorger kurz-/mittelfristig möglich
Baum-/Grünschnitt
-- März-Oktober/ beauftragte Entsorger kurz-/mittelfristig möglich
Laub -/+ Oktober-November/ Straßenlaub ETH, Flächen je nach Entsorger
Mittel-/langfristig möglich
Gew
erbl
iche
A
bfäl
le
Fettabscheider + Ganzjährig/ Köhlbrandthöft kurzfristig
Obstabfälle ++ Ganzjährig, Fresh Factory/ Biogasanlage in weiter Entfernung
mittelfristig möglich
Restaurantabfälle ++ Ganzjährig/ private Entsorger unklar
Bereich ENERGIE
JenfelderAu
Bereich ABWASSER
Konzeption für ein Stadtquartier „KREIS“• GW-Behandlung: Behandlung auch in Kopplung mit Gärrestbehandlung• SW-Ableitung: betriebssicheres Unterdrucksystem• SW-Behandlung: Optimierung von von Gasproduktion
und Arzneimittel-Elimination• Gärrestaufbereitung zur stofflichen Verwertung • (Einbeziehung nicht-vergärbarer Bioressourcen in KREIS 2)
Bereich ABWASSER – Schwarzwasser
Versuchsanlage zur Arzneimittel-Elimination
• 8 CST- Reaktoren,
• 4 UASB- Reaktoren,
• Nutzvolumen je 40l
• Online- Messung der
Gasmenge und -qualität
(CH4, CO2, O2, H2, H2S)
• kontinuierliche
Beschickung CSB~2kg/m³
570 Nl/g oTS zugeführt
780 Nl/g oTS zugeführt
Bereich ABWASSER – Schwarzwasser
Versuchsanlage zur AMR-Elimination
• 8 CST- Reaktoren,
• 4 UASB- Reaktoren,
• Nutzvolumen je 40l
• Online- Messung der
Gasmenge und -qualität
(CH4, CO2, O2, H2, H2S)
• kontinuierliche
Beschickung CSB~2kg/m³
570 Nl/g oTS zugeführt
780 Nl/g oTS zugeführt
Parameter Input Output Abbau [%]Carbamazepine 110 µg/l 95 µg/l 13,6Metformin 1200 µg/l 520 µg/l 43,417- alpha Ethinyl-Estradiol
0,33 µg/l <0,1 µg/l 99,9
Metoprolol 23 µg/l 14 µg/l 39,1
AMR-Abbau im CSTR (erste Ergebnisse)
Umgang mit den Gärresten (KREIS 2 2015-2018)
Schwarzwasser
Überschussschlämme
Versuchscontainer Schwarzwasserbehandlung VC‐SWB
Grauwasser-behandlung
Gewässer UASB
Gas‐therme
Sieb-rechen
Speicher
Speicher/Mischer
Speicher/Mischer
HydrolysereaktorenPrimärschlämme
Rasenschnitt(Küchenbiomüll)
Siebgut
Hydrolyse‐wasser
Wechsel‐behälter
Schneckenpresse
Thünen-InstitutProf. Rahmann
Fettwässer
JenfelderAu
Ausblick Forschungsprojekte EvaSens und TWIST++
EvaSens undTWIST++
Abwasserzweckverband Nordkreis Weimar (ANW)
• innovative, modell-hafte technische Lösungen Ab- und Trinkwasser
• Mit hoher Flexibilität des Gesamtsystems zur Anpassung an Veränderungen
• Simulationsspiel für Entscheider
1.6 2013 bis 31.5. 2016
• Die Einführung neuer Infrastruktursysteme dauert und kostet Nerven.
• Der HWC (Schwarzwasser, Grauwasser) in Kombination mit lokalen Energiekonzepten bietet Chancen in Neubau und Bestand, wenn die Technik funktioniert und die erzeugten Produkte Akzeptanz finden.
• www.kreis-jenfeld.de und www.twistplusplus.de werden laufend aktualisiert
• Dank an das BMBF für die Förderung von KREIS und TWIST++Dank an das BMVBS für die Förderung von EVASENS
Fazit
2005: Gründung des Fachausschusses KA 1 „Behandlung von Abwasser aus neuartigen Sanitärsystemen“ mit mehreren Arbeitsgruppen; bisherige Ergebnisse u.a.:• Ende 2008: DWA-
Themenband• zur IFAT 2010: NASS-
Broschüre „Brauchen wir in Deutschland neuartige Sanitärsysteme?“
Bedarf für Regelwerk:eigenes DWA-ArbeitsblattBeginn der Arbeiten in 2009,Abschluss 2013, Veröffentlichung 2014
Aktivitäten der DWA zu „NASS“ DWA: Deutsche Vereinigung für Wasser-wirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.
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