02WA0597 - Abschlussbericht - Cleaner Production Germany

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Forschungszentrum Karlsruhe
Projektträger des BMBF
Bereich Wassertechnologie und Entsorgung
- SCHLUSSBERICHT -
Das diesem Bericht zugrunde liegende Vorhaben wurde mit Mitteln des
Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 02WA0597 gefördert. Die Verantwortung für den Inhalt dieser
Veröffentlichung liegt beim Autor.
ENTWICKLUNG EINES WASSERNUTZUNGSKONZEPTES
GEBIETE AM BEISPIEL DER
INSEL SAL / CABO VERDE (REPUBLIK KAPVERDEN)
FÜR ARIDE
(FÖRDERKENNZEICHEN: 02WA0597)
PHASE 1: GRUNDLEGENDE UNTERSUCHUNG UND KONZEPTERSTELLUNG
PHASE 2: a) PILOTVERSUCH
b) WIEDERVERWENDUNG VON GEREINIGTEM ABWASSER ZU
BEWÄSSERUNGSZWECKEN (WASTEWATER REUSE)
April 2008
Auftraggeber:
Forschungszentrum Karlsruhe
Projektträger des BMBF und des BMWA
für Wassertechnologie und Entsorgung
Postfach 3640
76021 Karlsruhe
Auftragnehmer:
Prack Consult GmbH
Postfach 16 24
D-25746 Heide
Tel.:
0481 – 75 57
Fax:
0481 – 675 31
e-mail: PrackConsult@t-online.de
Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes
für aride Gebiete am Beispiel der
Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)
a
Schlussbericht
02WA0597
Inhaltsverzeichnis
VORWORT...............................................................................................................................1
ZUSAMMENFASSUNG ...........................................................................................................2
I.
ALLGEMEINES / KURZDARSTELLUNG DES FORSCHUNGSPROJEKTES ...............4
1.
EINLEITUNG .......................................................................................................................4
2.
VERANLASSUNG UND ZIELE DES PROJEKTES ......................................................................4
2.1
Veranlassung ..............................................................................................................4
2.2
Ziele des gesamten Forschungsprojektes...............................................................6
2.2.1
Entwicklungsziel 1: Entwicklung einer modularen Kläranlage zur Behandlung
von Abwasser und Fäkalschlämmen....................................................................6
2.2.2
Entwicklungsziel 2: Transfer einer KSVE-Anlage aus Europa auf einen
trockenen, heißen Standort ...................................................................................6
2.2.3
Forschungsziel 1: Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Meer- bzw.
Brackwasser in einer Kläranlage. .........................................................................7
2.2.4
Entwicklungsziel 3: Rückübertragung der Erfahrungen.....................................7
3.
VORAUSSETZUNGEN ..........................................................................................................7
4.
PROJEKTBESCHREIBUNG / PLANUNG UND ABLAUF DES VORHABENS...................................8
4.1
Phase 1: Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung ............................9
4.2
Phase 2: Pilotversuch und Wastewater Reuse Studie ..........................................10
4.3
Phase 3: Projektrealisierung (großtechnischer Maßstab) ....................................11
5.
WISSENSCHAFTLICHER UND TECHNISCHER STAND ............................................................11
6.
ZUSAMMENARBEIT MIT ANDEREN STELLEN........................................................................12
II.
EINGEHENDE DARSTELLUNG DER ERZIELTEN ERGEBNISSE..............................13
1.
WICHTIGSTE WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE ERGEBNISSE DER PHASE 1: GRUNDLEGENDE
UNTERSUCHUNG UND KONZEPTERSTELLUNG ....................................................................13
Prack Consult GmbH
Development Consultants
18.04.2008
(865 F+E Sal/BerichteF+E/Schlussbericht/080418PC865_F+E_Schlussbericht.doc)
2.
b
Schlussbericht
02WA0597
WICHTIGSTE WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE ERGEBNISSE DER PHASE 2 .......................15
2.1
Pilotversuch ..............................................................................................................15
2.1.1
Planung und Bau der Pilotanlage .......................................................................15
2.1.1.1
Container-Kläranlage (CKA) ...............................................................................15
2.1.1.1.1
Planungsgrundlagen ...................................................................................15
2.1.1.1.2
Bemessung der CKA ..................................................................................17
2.1.1.1.3
Aufbau und Technische Ausrüstung der CKA ............................................17
2.1.1.1.4
Erweiterung der Pilotanlage zur Mitbehandlung von Fäkalschlamm ..........20
2.1.1.2
Pilot-Klärschlammvererdungsanlage ..................................................................21
2.1.1.2.1
Planungsgrundlagen ...................................................................................21
2.1.1.2.2
Bemessung der Klärschlammvererdungsanlage ........................................22
2.1.1.2.3
Aufbau und Technische Ausrüstung der Klärschlammvererdungsanlage ..23
2.1.2
Betrieb der Pilotanlage / Versuchsdurchführung..............................................23
2.1.2.1
Betreuung und Überwachung der Pilotanlage ....................................................23
2.1.2.2
Einfahrphase CKA ..............................................................................................23
2.1.2.3
Behandlung von Abwasser in der CKA...............................................................25
2.1.2.4
Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Brack-/Salzwasser in der CKA .........27
2.1.2.5
Betrieb der Pilot-KSVE .......................................................................................29
2.1.3
Auswertung der Ergebnisse ................................................................................30
2.1.3.1
Physikalische Messergebnisse...........................................................................31
2.1.3.2
Chemische Messergebnisse...............................................................................34
2.1.3.3
Versuchsreihe Fäkalschlammzugabe.................................................................41
2.2
Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser (Wastewater Reuse) ................42
2.2.1
Bestandaufnahme / Grundlagenermittlung........................................................43
2.2.2
Technisches Leistungskonzept ..........................................................................43
2.2.3
Finanzanalyse und Cash-Flow Analyse..............................................................45
3.
VORAUSSICHTLICHER NUTZEN..........................................................................................46
3.1
Verwertbarkeit der Ergebnisse im Sinne des Verwertungsplans ........................46
3.1.1
Erfindungen / Schutzrechtsanmeldungen..........................................................46
3.1.2
Wirtschaftliche / wissenschaftliche / technische Erfolgsaussichten nach
Projektende ...........................................................................................................46
3.1.2.1
Vorteile gegenüber Konkurrenzlösungen ...........................................................46
3.1.2.2
Wirtschaftliche Erfolgsaussichten / Nutzen deutscher Industrie .........................47
Prack Consult GmbH
18.04.2008
c
Schlussbericht
02WA0597
3.1.2.3
Rückübertragung der KSVE-Ergebnisse nach Mitteleuropa...............................48
3.1.2.4
Verwertungshorizont / Transfer ..........................................................................48
3.1.3
4.
Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit.............................48
FORTSCHRITT AUF DEM GEBIET DES VORHABENS BEI ANDEREN STELLEN WÄHREND DER
DURCHFÜHRUNG DES VORHABENS ...................................................................................50
5.
VERÖFFENTLICHUNGEN UND VORTRÄGE ...........................................................................52
5.1
Phase 1: Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung ..........................52
5.2
Phase 2 ......................................................................................................................52
5.2.1
Pilotversuch ..........................................................................................................52
5.2.2
Wastewater Reuse ................................................................................................52
Prack Consult GmbH
18.04.2008
d
Schlussbericht
02WA0597
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1:
Vorfertigung der Container-Kläranlage (August 2006), Nachklärung .........18
Abbildung 2:
Belebungsbecken: Strahlbelüfter und Überschussschlammpumpe (August
2006)...........................................................................................................18
Abbildung 3:
Vorinstallation der Anlagenkomponenten der Nachklärung (August 2006) 18
Abbildung 4:
Ansicht der Container-Kläranlage nach Vor-Ort-Installation und
Endmontage................................................................................................18
Abbildung 5:
Fließschema der CKA.................................................................................19
Abbildung 6:
Ablaufleitung (grün) des gereinigten Abwassers von der CKA in die
KA Murdeira (Freigefälle)............................................................................20
Abbildung 7:
Einbau des Fäkalschlammtanks (März 2007).............................................21
Abbildung 8:
Fäkalschlammtank und Zulaufleitung (März 2007) .....................................21
Abbildung 9:
Erste Bewässerung der Jung-Pflanzen der Pilot-KSVE (Oktober 2006) ....22
Abbildung 10:
Durchschnittlicher Durchfluss der CKA (je Messintervall)...........................25
Abbildung 11:
Pumpstunden + Stromverbrauch der CKA..................................................26
Abbildung 12:
Einstau der Pilot-KSVE mit gereinigtem Abwasser aus der CKA ...............29
Abbildung 13:
Beschickung der Pilot-KSVE mit Belebtschlamm aus der CKA..................29
Abbildung 14:
Schilfbewuchs in der Pilot-KSVE im Juli 2007 ............................................30
Abbildung 15:
Vermehrung des Schilfbestandes über Adventivwurzeln und Rhizome .....30
Abbildung 16:
Ablauf aus der CKA ....................................................................................31
Abbildung 17:
Entwicklung der Sichttiefe in Nachklärung der CKA ...................................32
Abbildung 18:
Entwicklung des Schlammvolumens in der CKA ........................................33
Abbildung 19:
Entwicklung von Schlammvolumen + Sichttiefe in der CKA .......................34
Abbildung 20:
Entwicklung des CSB (Zulauf + Ablauf) über den bisherigen
Untersuchungszeitraum ..............................................................................36
Abbildung 21:
Reinigungsgrad der CKA bezogen auf den CSB ........................................37
Abbildung 22:
Entwicklung des BSB5 (Zulauf + Ablauf) über den bisherigen
Untersuchungszeitraum ..............................................................................38
Abbildung 23:
Reinigungsgrad der CKA bezogen auf den BSB5 .......................................39
Abbildung 24:
Entwicklung der Abbaubarkeit und des CSB/BSB5-Verhältnisses (Zulauf +
Ablauf) über den bisherigen Untersuchungszeitraum.................................39
Abbildung 25:
Ammonium-Stickstoff (NH4-N) in Zu- und Ablauf der CKA über den
bisherigen Untersuchungszeitraum ............................................................41
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e
Schlussbericht
02WA0597
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1:
Phasen 1-3 des gesamten F+E-Projektes ........................................................9
Tabelle 2:
Salzgehalt im Wasser ausgedrückt als elektrische Leitfähigkeit ....................28
Tabelle 3:
Abwasserqualität (Zulauf und Ablauf) sowie Reinigungsgrad der CKA
bezogen auf die Parameter CSB und BSB5 (Nov. 06 – Dez. 07) ...................34
Tabelle 4:
Fäkalschlammqualität im Vergleich zum Abwasser........................................42
Anlagenverzeichnis
Anlage 1:
Hydrologische Daten der Insel Sal (1992 - 2002)
Anlage 2:
Zeitpläne des Forschungsprojektes
Anlage 3:
Dokumentation des 1. Workshops (zur Phase 1)
Anlage 4:
Memorandum of Understanding TURIM S.A.
Anlage 5:
Dokumentation des 2. Workshops (Wastewater Reuse)
Anlage 6:
Wirtschaftlichkeitsberechnung für die Plantage Milot Hydroponics für die
Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser zu Bewässerungszwecken
Anlage 7:
Confirmation of Camara: Approval of the decentralised system / PPP-model
Anlage 8:
Vorstellung Plano Director Municipal (PDM) am 13.07.2007 in Santa Maria,
Sal
Anlage 9:
Resume Machbarkeitsstudie Phase 1 (Masterplan)
Anlage 10:
Fotodokumentation Vorfertigung der CKA
Anlage 11:
Fotodokumentation Betrieb der CKA
Anlage 12:
Arbeitsplan (working plan) zum Bau der Pilot-KSVE
Anlage 13:
Fotodokumentation Bau der Pilot-KSVE
Anlage 14:
Fotodokumentation Entwicklung des Schilfbewuchses in der Pilot-KSVE
Anlage 15:
Messberichte CKA (Messprogramm Pilot-Anlage Murdeira)
Anlage 16:
Auswertung der Abwasseranalysen
Anlage 17:
Resume „Reuse of treated wastewater for irrigation purposes”
Anlage 18:
Zusammenfassung der Projektreisen
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f
Schlussbericht
02WA0597
Abkürzungsverzeichnis
ALN
Analytik Labor Nord GmbH
A.S.
activated sludge = Belebtschlamm
ASA
Empresa Nacional de Aeroportos e Seguranca Aera (Flughafengesellschaft
auf Sal)
ATV A
Arbeitsblatt der Abwassertechnischen Vereinigung
BA
Bauabschnitt
BB
Belebungsbecken
Bd,BSB5
tägliche BSB5-Fracht
BK
Betriebskosten
BMBF
Bundesministerium für Bildung und Forschung
BOT
Build Operate Transfer (Betreibermodell)
BR,BSB5
Raumbelastung (BSB5)
BSB5
Biochemischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen
BTS
Schlammbelastung
CKA
Container-Kläranlage
CSB
Chemischer Sauerstoffbedarf
DIN
Deutsche Industrie Norm
DN
Nennweite eines Rohres
E
Einwohner
EDOM
Esquema Director de Ordenamento Municipal da Ilha do Sal
E.S.
excess sludge = Überschussschlamm
EW
Einwohnergleichwert
F+E
Forschung + Entwicklung
FS
Fäkalschlamm
F.S.
floating sludge = Schwimmschlamm
GmbH
Gesellschaft mit beschränkter Haftung
IK
Investitionskosten
INE
Instituto Nacional de Estatistica – Statistikamt auf den Kapverden
KA
Kläranlage
KDB
Kunststoffdichtungsbahn
KMU
Kleine und mittlere Unternehmen
KSVE
Klärschlammvererdungsanlage
Mbst
Machbarkeitsstudie
NH4
Ammonium
Prack Consult GmbH
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g
Schlussbericht
02WA0597
NK
Nachklärbecken
NO2
Nitrit
NO3
Nitrat
P
Phosphor
PC
Prack Consult
PDM
Plano Director Municipal (Entwicklungsplan der Insel Sal)
PS
sludge pump = Schlammpumpe
Q
Durchfluss
Qmax
Maximal-Durchfluss
SS
Schlammspeicher
TS
Trockensubstanz
TURIM S.A.
Sociedade Turística Imobilára Espargos (Tourismus- und Immobiliengesellschaft Espargos)
ÜS
Überschussschlamm
VBB
Volumen Belebung
WWMS
Wastewater Management System (Abwassermanagementsystem/-konzept)
WWTP
Wastewater Treatment Plant (Kläranlage)
Prack Consult GmbH
18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
h
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Prack Consult GmbH
18.04.2008
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02WA0597
i
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500
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für
Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., Hennef, 2004
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ATV-DVWK-M
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Klärschlammbehandlung
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Prack Consult GmbH
18.04.2008
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02WA0597
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02WA0597
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[70]
World Health Organization (WHO): Health guidelines for the use of wastewater in
agriculture and aquaculture. Geneva, 1989
Prack Consult GmbH
18.04.2008
1
Schlussbericht
02WA0597
VORWORT
An dieser Stelle möchte Prack Consult zunächst seinen Dank für die Unterstützung und
Zuwendung für dieses Projekt insbesondere dem BMBF / Bonn und dem Forschungszentrum Karlsruhe (Bereich Wassertechnologie und Entsorgung) aussprechen.
Nur durch deren Unterstützung ist es Prack Consult möglich gewesen, die eigenen F+EAusgaben für das vorliegende Projekt zu veranlassen. Dies wird auch getragen vor dem
Hintergrund, dass Prack Consult als KMU die mit diesem F+E-Projekt verbundenen Ergebnisse als Innovationsbeitrag für die deutsche bzw. europäische Industrie ansieht. Gleichzeitig
wird dadurch auch ein Beitrag zur Entwicklung des Partnerlandes Cabo Verde geleistet.
Prack Consult beabsichtigt, die sich aus diesem F+E-Projekt ergebenden Innovationsergebnisse patentrechtlich bzw. als Gebrauchswarenschutz schützen zu lassen.
Besonderer Dank gilt ebenfalls den Behörden in Cabo Verde bzw. auf der Insel Sal,
insbesondere der Camara do Sal mit Sitz in Espargos (Inselverwaltung von Sal) sowie dem
Ministério da Economia, Crescimento e Competitivade Praia/ Santiago, República de Cabo
Verde (Ministry of Economy of the Republic of Cape Verde).
Ohne die erfolgreiche Unterstützung durch o.g. Institutionen bzw. deren Mitarbeiter wäre das
vorliegende F+E-Projekt nicht möglich gewesen.
Heide, im März 2008
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2
Schlussbericht
02WA0597
ZUSAMMENFASSUNG
Das vorliegende F+E-Projekt „Entwicklung eines Wassernutzungskonzeptes für aride
Gebiete am Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde (Republik Kapverden)“, (Förderkennzeichen:
02WA0597) erstreckte sich über einen Zeitraum von nahezu 3 Jahren. Ziel des
Projektvorhabens war es, ein nachhaltiges Wassernutzungskonzept für die Insel Sal – von
der Abwasserbehandlung bis hin zur Wiederverwendung des gereinigten Abwassers – zu
erarbeiten.
In einem ersten Schritt (Phase 1, April – November 2005) wurden die Grundlagen zur
Erstellung des Wassernutzungskonzeptes erarbeitet (so z. B. Entwicklungsdaten der Insel
Sal bzgl. Bevölkerung und Tourismus, Erfassung der Trinkwasser-/Abwassersituation,
äußere Rahmenbedingungen klimatischer, geologischer, gesetzlicher, ökologischer Art) und
das technische Leistungskonzept entwickelt. Hierbei zeigte sich vor allem, dass die Insel Sal
einem enormen Wirtschaftsboom (hauptsächlich in der Tourismusbranche durch den
Neubau von Hotels und Feriensiedlungen sowie Golfresorts) unterliegt, jedoch die Aspekte
der Trinkwasserversorgung und Abwasserentsorgung weitgehend unbedacht bleiben.
Verbunden mit dem Anstieg des Tourismus ist ebenfalls ein Wachstum der Bevölkerung mit
einer jährlichen Zuwachsrate von über 6 % im Zeitraum 1990 bis 2000 ([4] [5]). In diesem
Zusammenhang herrscht dringend Handlungsbedarf hinsichtlich der Realisierung eines
Wassernutzungskonzeptes.
In einem zweiten Schritt (Phase 2, Dezember 2005 – Dezember 2007) wurden im Rahmen
eines Pilotversuches (Containerkläranlage und Klärschlammvererdung) die notwendigen
technischen Kriterien für eine betriebsstabile und ökonomisch funktionierende Kläranlage
unter den lokalen Rahmenbedingungen (Standort Sal) bestimmt: Auf dem Gelände einer
bestehenden Kläranlage nahe der Wohnsiedlung Murdeira wurde eine speziell entworfene
mechanisch-biologische Containerkläranlage (Belebtschlammverfahren), komplett integriert
in einem 20-Fuß-Container, installiert und ca. 14 Monate lang als Pilotanlage im
halbtechnischen Maßstab betrieben. Die Anlage behandelte einen Teilstrom des in Murdeira
anfallenden kommunalen Abwassers (10 bis 15 m³/d) und erzielte Reinigungsgrade für die
Parameter CSB zwischen 70 und 90 % und BSB5 zwischen 90 und 98 % (Ablaufgrenzwerte
nach der deutschen Abwasserverordnung sowie EU-Richtlinie wurden eingehalten).
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Schlussbericht
02WA0597
3
Während der Versuchsdurchführung ist es gelungen, die in anderen Ländern durchaus
bekannte Problematik der mangelnden Überschussschlammbildung nach einer etwas zähen
Anfangsphase in den Griff zu bekommen, sowie die Bemessungskriterien für die
Realisierung einer Kläranlage im großtechnischen Maßstab zu gewinnen. So ist z. B. die
einwohnerspezifische Schmutzfracht des kommunalen Abwassers in Murdeira geringer als in
der BRD (BSB5 nur ca. 25 % und CSB ca. 50 %). Die Anlage hat gezeigt, dass sie an einem
trockenen, heißen Standort betriebsstabil arbeitet und sowohl Abwasser mit einem hohen
Salzgehalt als auch Schlamm aus Faulgruben (punktuell zugegeben) zu reinigen vermag
und das gestellte Reinigungsziel erreicht. Gleichzeitig zeigte die Analytik, dass das
gereinigte Abwasser gefahrenfrei für Bewässerungszwecke genutzt werden kann (das
gereinigte Abwasser wurde während der gesamten Betriebszeit zur Bewässerung von
Grünflächen in der Wohnsiedlung Murdeira verwendet). Diesbezüglich wurde ferner während
der Phase 2 eine ergänzende Studie zur Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser
(„Wastewater Reuse“) durchgeführt, in der u. a. die Anforderungen gemäß WHO/FAO
untersucht wurden sowie die Verträglichkeit und Einsatzmöglichkeiten des gereinigten
Abwassers hinsichtlich landwirtschaftlicher Bewässerung.
Die Schlammbehandlung (KSVE) konnte aufgrund mangelhafter Überschussschlammbildung
nicht
kontinuierlich
(Regelbeschickung)
betrieben
werden.
Die
Pilot-KSVE
wurde
entsprechend punktuell mit Belebtschlamm beschickt. Als Ergebnis hieraus lässt sich
festhalten, dass die zur Entwässerung eingesetzte und aus Deutschland importierte Schilfart
„phragmites australis“ sich über den gesamten Zeitraum sehr gut entwickelt hat. Sie zeigte
sich als sehr robust gegenüber äußeren Einflüssen (wie z. B. Trockenheit, Wasserstandsänderungen, starker Wind und Sandflug) und zeichnete sich durch ganzjährige Vegetationszeit aus.
Mit dem vorliegen Forschungsvorhaben ist es Prack Consult gelungen, ein ContainerKläranlagensystem zu entwickeln, das speziell an aride Standorte angepasst ist und flexibel
sowie modular erweiterbar einsetzbar ist. Das Projekt gilt somit als positiver Indikator für eine
technische Realisierung des Wassernutzungskonzeptes auf der Insel Sal. Hierbei ist es
Prack Consult gelungen, die Grundlagendaten für die Planung und Bemessung der
geplanten dezentralen Kläranlage in der Stadt Espargos inkl. Sammel- und Transportleitungsnetz zu definieren sowie die betriebstechnischen und -organisatorischen Kriterien zu
bestimmen.
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4
I.
ALLGEMEINES / KURZDARSTELLUNG DES FORSCHUNGSPROJEKTES
1.
EINLEITUNG
Die Wassernutzung in ariden Gebieten erfordert auf Grund mangelnder Ressourcen
andere Konzepte als in Europa, wo überwiegend die gesamte Bevölkerung an
zentrale Trinkwasserversorgung und Kanalisation angeschlossen ist und die
Reinigung des Abwassers in Kläranlagen sowie die Rückführung des gereinigten
Abwassers in einen Vorfluter (i.A. Fluss) erfolgt. Die in Deutschland/Europa benutzte
Kläranlagentechnik lässt sich nicht anpassungsfrei auf Standorte wie Cabo Verde
übertragen. Zum einen sind die Randbedingungen (Beschaffenheit des Abwassers,
Klima etc.) nicht vergleichbar, zum anderen werden in Europa Reinigungsleistungen
gefordert, die nur mit einem erheblichen technischen Aufwand erreicht werden
können.
Das
vorliegende
F+E-Projekt
befasste
sich
mit
der
Entwicklung
eines
Wassernutzungskonzeptes für aride Gebiete am Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde.
In einem ersten Schritt (Phase 1, 01.04.2005 - 31.11.2005) wurden die Grundlagen
zur Erstellung des Wassernutzungskonzeptes ermittelt und das Konzept erarbeitet. In
einem zweiten Schritt (Phase 2, 01.12.2005 - 31.12.2007) galt es im Rahmen eines
Pilotversuches (Containerkläranlage und KSVE) die notwendigen technischen
Kriterien für eine betriebsstabile und ökonomisch funktionierende Kläranlage inklusive
Klärschlammbehandlung (KSVE) unter den gegebenen Rahmenbedingungen vor Ort
(Standort Sal) zu bestimmen: die Kläranlagentechnik muss in der Lage sein, sowohl
Abwasser mit einem hohen Salzgehalt als auch Schlamm aus Faulgruben zu
reinigen. Gleichzeitig muss die Reinigungsleistung ermöglichen, dass das gereinigte
Abwasser gefahrenfrei für Bewässerungszwecke genutzt werden kann. Diesbezüglich
wurde ferner während der Phase 2 eine ergänzende Studie zur Wiederverwendung
von gereinigtem Abwasser („Wastewater Reuse“) durchgeführt (siehe hierzu Kapitel
I.4).
2.
VERANLASSUNG UND ZIELE DES PROJEKTES
2.1
Veranlassung
Die Kapverdischen Inseln bilden den westlichen Rand der Sahelzone. Die Insel Sal,
im Nordosten des Kapverdischen Archipels, mit einer Bevölkerung von rund 14.600
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Schlussbericht
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Einwohnern (Zählung / Censo 2000) und einem starken Bevölkerungszuwachs, ist
Standort des internationalen Flughafens und das touristische Zentrum der Republik
Kapverden.
Wasserknappheit bzw. -mangel herrscht auf allen Inseln, wobei Sal als die
„Wüsteninsel“ bezeichnet werden kann. Aufgrund der geringen Niederschlagswerte
(unter 300 mm Regen pro Jahr, einige Jahre ohne Niederschlag) sind die
Grundwasservorkommen äußerst beschränkt. Auf der Insel Sal sammelt sich dieses
Grundwasser als Süßwasserlinse auf dem Meerwasserspiegel schwimmend
unterhalb der Insel an und kann nicht für Trinkwasserversorgung genutzt werden, da
das Wasser in nicht ausreichender Qualität und Quantität vorhanden ist. Das
gesamte Trinkwasser wird über Entsalzungsanlagen gewonnen. Von den 3.662
Haushalten auf der Insel Sal verfügen lediglich 1.725 (47%) über einen
Hauswasseranschluss, der Rest der Einwohner muss mobil versorgt werden.
Die Abwasserentsorgung der Insel Sal ist mangelhaft und gefährdet die Umwelt
sowie die Grundwasserressourcen. Eine Abwasserkanalisation existiert auf der Insel
nicht, 1.782 Haushalte verfügen über eine Faulgrube (49 %).
Einige Hotels besitzen (meist nicht funktionierende) Kleinkläranlagen. Der Inhalt der
Faulgruben und Kleinkläranlagen (Fäkalschlamm) wird in unregelmäßigen Abständen
(wenn die Grube überläuft) gesammelt und auf eine wilde Deponie (ohne
Grundwasserschutz oder sonstige Schutzmaßnahmen) verbracht. Aus ökologischen
und wirtschaftlichen (Tourismus) Gründen sollte dieser Mangel schnellstmöglich
behoben werden, so dass der Tourismus wachsen kann, die Umwelt geschont wird
und die Insel sich nachhaltig entwickeln kann.
Der Standort Insel Sal als repräsentatives Beispiel eines ariden Gebietes wurde aus
folgenden Gründen gewählt:
•
Die Inselbevölkerung leidet unter Trinkwassermangel, es gibt kein Grundwasser,
nur teures Trinkwasser, das über Entsalzungsanlagen hergestellt wird.
•
Parallel zum teuren knappen Trinkwasserdargebot herrscht ein ständig
steigender Trinkwasserbedarf durch hohen Tourismuszuwachs (und in einem
geringeren Maße durch den damit verbundenen Bevölkerungszuwachs infolge
Zuwanderung von Arbeitskräften von anderen Inseln und auch Emigranten).
•
Die Zusammenarbeitsbereitschaft der Inselregierung (Camara) mit diesem
Projekt bzw. Prack Consult ist gegeben (Letter of Intend liegt Prack Consult vor).
•
Infolge anderer Aufträge der Kapverdischen Regierung an Prack Consult ist die
politische Absicherung des Projektes garantiert.
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Schlussbericht
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6
Für die Wassernutzung und Abwasserbehandlung auf der Insel Sal (als
Beispielsstandort für ein Land mit trockenem, heißem Klima) müssen kostengünstige
und technisch einfache, stabile Lösungen gefunden werden, um die vorherrschende
Wasser- und Abwassersituation nachhaltig zu verbessern.
2.2
Ziele des gesamten Forschungsprojektes
Hauptziel des Forschungs- und Entwicklungsprojektes ist es, für die Insel Sal ein
nachhaltiges Wassernutzungskonzept zu entwickeln, bestehend u.a. aus kompakten,
modularen, Kläranlagen, die unter den gegebenen Klimabedingungen (extreme
Trockenheit) betriebsstabil und ökonomisch funktionieren. Das Reinigungsziel sollte
eine Verwertung des gereinigten Abwassers für Bewässerungszwecke ermöglichen,
um
damit
kostbare
Trinkwasserressourcen
zu
sparen,
die
derzeit
für
Bewässerungszwecke genutzt werden. Der anfallende Klärschlamm soll in einer
Klärschlammvererdungsanlage – kostengünstiges Low-Tech-Verfahren – behandelt
werden (siehe unten) und anschließend nachhaltig genutzt werden.
2.2.1
Entwicklungsziel 1: Entwicklung einer modularen Kläranlage zur Behandlung
von Abwasser und Fäkalschlämmen
Das erste Entwicklungsziel war, auf Basis der in Europa gängigen Technik eine für
den Standort angepasste, modulare Kläranlage zu entwickeln, die auch unter den
lokalen Verhältnissen (Klima, Abwasserzusammensetzung, etc.) betriebsstabil
funktioniert.
2.2.2
Entwicklungsziel 2: Transfer einer KSVE-Anlage aus Europa auf einen
trockenen, heißen Standort
Als
zweites
Entwicklungsziel
war
zu
erproben,
wie
eine
in
Mitteleuropa
funktionierende KSVE-Anlage an einem trockenen, heißen Standort (aride Region)
gebaut und betrieben werden kann (Transfer).
2.2.3
Forschungsziel 1: Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Meer- bzw.
Brackwasser in einer Kläranlage.
Als drittes Ziel des Vorhabens und Forschungsziel steht die Mitbehandlung von
Fäkalschlämmen und Meer- bzw. Brackwasser der unter Kap. I., 2.2.1 genannten
biologischen Kläranlage.
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2.2.4
7
Schlussbericht
02WA0597
Entwicklungsziel 3: Rückübertragung der Erfahrungen
Als viertes Ziel (Entwicklung) steht die Rückübertragung der im Zielland gewonnenen
Erkenntnisse und Erfahrungen (Entwicklung einer modularen Kläranlage zur
Behandlung von Abwasser und Fäkalschlämmen und des KSVE-Verfahrens für die
Weiterverbreitung auf dem europäischen Markt sowie in anderen Ländern der ariden
Region (trockene, heiße Standorte).
3.
VORAUSSETZUNGEN
Die Voraussetzungen für das vorliegende Projekt weichen stark von den in Europa
üblichen Verhältnissen ab und bestimmen somit die Projektrealisierung maßgeblich.
Cabo Verde liegt in der Übergangszone vom subtropischen Hochdruck- in den
tropischen Tiefdruckgürtel. Fast das ganze Jahr hindurch bestimmen Winde das
Klima (zu 80 % „Nordostpassat“). Im Spätsommer können auf Cabo Verde heftige,
feuchtheiße Südwestwinde wehen, vergleichbar mit monsunartigen Stürmen, die
starke Niederschlagsereignisse mit sich bringen. In der Vergangenheit ist mehrfach
beobachtet worden, dass an einem Tag die gesamte Jahresniederschlagsmenge fällt.
Die Insel Sal ist die flachste und sonnenreichste Insel Cabo Verdes. Windreichtum
und Wasserarmut beeinflussen die Vegetation in starkem Ausmaß.
Verwertbare Daten für Niederschläge, Windgeschwindigkeiten, Temperaturen und
Luftfeuchte liegen als 10-jährige Messreihe (1992 - 2002) von der Wettermessstation
Airport Sal vor (vgl. Anlage 1). Als mittlere Werte ergeben sich:
•
Niederschläge: Mittlere Niederschlagsmenge von 65 mm/a (davon fallen in den
Monaten August, September und Oktober 55 mm, d.h. 85 % der Jahresniederschlagsmenge verteilen sich auf drei Monate).
4.
•
Temperatur (Jahresmittel): 25°C
•
Luftfeuchte (Jahresmittel): 70 %
•
Windgeschwindigkeiten (Jahresmittel): 24 km/h
•
Sonnentage pro Jahr: 350
PROJEKTBESCHREIBUNG / PLANUNG UND ABLAUF DES VORHABENS
Das vorliegende F+E-Projekt „Entwicklung eines Wassernutzungskonzepts für aride
Gebiete am Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde“ (02WA0597) - gefördert vom BMBF
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02WA0597
8
und abgestimmt mit der Camara Municipal do Sal und der Regierung Cabo Verdes setzt sich aus 3 zeitlich aufeinander folgenden Phasen zusammen.
Die
zeitliche
Abgrenzung
sowie
die
einzelnen
Arbeitsinhalte
sind
in
der
nachfolgenden Tabelle dargestellt.
Phase
1
Inhalt
Finanzierung
BMBF, PC
Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung:
Projektvorbereitung,
Literaturrecherche
und
Erarbeitung
einer
Machbarkeitsstudie zu Ökologie/Ökonomie/sozioökonomischen und
institutionellen Fragen, Grundlagenermittlung für den Pilotversuch
(Phase 2) inkl. Standortauswahl nach geografischen, entwicklungspolitischen und (im vorgeschlagenen Zielland) nutzungsbezogenen
Einschränkungen, Darstellung von Organisationsmodellen und der
Finanzierungsmöglichkeiten für die Phase 3, Berichtsabfassung
2
BMBF, PC
a) Pilotversuch:
Planung,
Bauleitung,
Projektdurchführung
/
-steuerung
im
halbtechnischen Versuchsmaßstab, gezielte Untersuchungen
(Messanalytik)
zur
Fäkalschlammmitbehandlung
und
Mitbe-
handlung von Meer-/Brackwasser
b) Wiederverwendung
von
gereinigtem
Abwasser
zu
Bewässerungszwecken (Wastewater Reuse, 1.Aufstockung des
F+E-Vorhabens):
Grundlagenermittlung zur Schaffung der technischen, rechtlichen
und
wirtschaftlichen
wirtschaftliche
Rahmenbedingungen
Nutzung
(Wiederverwendung),
des
für
gereinigten
Bewässerungsverfahren,
die
land-
Abwassers
Konzept
zur
landwirtschaftlichen Abwassernutzung, Marktanalyse hinsichtlich
potentieller Abnehmer (Verkauf des gereinigten Abwassers) /
Investoren, ökonomische Analyse, Berichtsabfassung
3
Weltbank / EiB /
Projektrealisierung
Planung, Bau und Betrieb des Wastewater Management Systems o.a.
(WWMS) Espargos, 1. Stufe, unter Einbindung der in Phase 2 (ohne BMBF)
gewonnenen Erfahrungen, gezielte Untersuchungen zu den Punkten
Fäkalschlammmitbehandlung,
Schadstoffentfrachtung,
Technologieanpassung
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Tabelle 1:
Schlussbericht
02WA0597
9
Phasen 1-3 des gesamten F+E-Projektes
Im Rahmen des eigenständigen F+E-Vorhabens „Möglichkeiten und Wege der
betriebstechnischen Umsetzung von Forschungsprojekten für aride Gebiete am
Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde“ (02WA0898) wird über den hier vorliegenden
Rahmen hinaus die Realisierung des Abwassermanagementsystems (siehe Tabelle 1
oben: Phase 3) für die Region Espargos (Stadt Espargos, Orte Pedra de Lume,
Palmeira und Murdeira sowie den Internationalen Flughafen) unterstützend
vorbereitet und wissenschaftlich begleitet, um anhand dieses konkreten Falls künftige
vergleichbare Maßnahmen und Projekte weitgehend standardisieren zu können.
Die genaue zeitliche Einordnung der Phasen ist den Projekt-Zeitplänen in Anlage 2
zu entnehmen. Die Ergebnisse und das Leistungsbild sind in Kap. II.2 dargestellt.
4.1
Phase 1: Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung
Im Rahmen der Machbarkeitsstudie (Phase 1) wurden zunächst die Grundlagendaten
ermittelt. Im Anschluss daran wurden unterschiedliche Lösungen für die Abwassersammlung und -behandlung auf der Insel Sal miteinander verglichen und das
dezentrale
Abwassermanagementkonzept
(dezentrale
Kläranlagen
an
den
Standorten Espargos, Murdeira und Santa Maria) als optimale Lösung ermittelt.
Folgende Hauptpunkte wurden bearbeitet:
o
Bestandsaufnahme Wasserversorgung und Abwassersituation (Trinkwasser /
Abwasser / Fäkalschlämme)
o
Erstellung eines Wassermanagementkonzeptes
o
Standortauswahl für die Pilotanlagen
o
Berichtsabfassung
Der ausführliche Bericht zur Phase 1 steht bei Prack Consult zur internen
Verwendung. Eine Zusammenfassung, die auch den lokalen Behörden als
Beschlussgrundlage übergeben wurde, ist in Anlage 9 enthalten. Zur Darstellung der
Ergebnisse und des Leistungsbildes siehe Pkt. II.1.
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4.2
Schlussbericht
02WA0597
10
Phase 2: Pilotversuch und Wastewater Reuse Studie
Der Pilotversuch (Phase 2a) beinhaltet den Bau und den Betrieb einer ContainerKläranlage (CKA) und einer Pilot-KSVE im halbtechnischen Maßstab, mit deren Hilfe
die technischen Kriterien für eine großtechnische Kläranlage inklusive KSVE unter
den gegebenen Rahmenbedingungen vor Ort (extreme Trockenheit) bestimmt
wurden, um die Umsetzbarkeit in der „Praxis“ zu untersuchen. Im Rahmen der
1. Aufstockung „Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser für Bewässerungszwecke“ (Phase 2b) wurde im Zeitraum Juni bis Dezember 2006 ein Konzept zur
Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser entwickelt, dessen Ergebnisse
ebenfalls in das vorliegende Projekt mit eingeflossen sind.
Am
Beispiel
der
geplanten
dezentralen
Kläranlage
Espargos
und
dem
dazugehörenden Abwassertransportsystem wurde deren Wirtschaftlichkeit aufzeigt.
Der Verkauf des gereinigten Abwassers wird zur Deckung der Kosten des
Abwassermanagementsystems beitragen.
Folgende Hauptpunkte wurden in Phase 2a bearbeitet:
o
Planung der Pilot-Kläranlage und der KSVE-Pilotanlage
o
Bauphase
o
Betriebsphase / Versuchsdurchführung / Analytik
o
Berichtsabfassung
Folgende Hauptpunkte wurden in Phase 2b bearbeitet:
o
Allgemeine Einsatzmöglichkeiten der Wiederverwendung von gereinigtem
Abwasser
o
Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser in der Landwirtschaft
-
Qualitätsanforderungen (WHO / FAO)
-
Bewässerungsverfahren
-
Wasserbilanz
-
Abschätzung des Düngeäquivalentes
-
Vorschlag zum Anbau von Marktfrüchten
-
Nährstoff- und Wassermanagementsystem für Marktfrüchte
-
Abschätzung der Erträge (food/non-food production)
-
Technische Beschreibung der Plantagen / Beispiel verfügbarer Flächen
o
Umweltverträglichkeitsbetrachtung
o
Marktanalyse
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11
Schlussbericht
02WA0597
Der ausführliche Ergebnisbericht zur Phase 2b steht bei Prack Consult zur internen
Verwendung. Eine kurze Zusammenfassung der Wastewater Reuse-Studie ist in
Anlage 17 enthalten.
4.3
Phase 3: Projektrealisierung (großtechnischer Maßstab)
Ab 2009 soll in der Region Espargos das Abwassermanagement-Konzept
(Wastewater Management System = WWMS) großtechnisch realisiert werden:
-
Planung, Bau und Betrieb des WWMS Espargos, 1. Stufe.
Grundlage hierfür sind die Ergebnisse und Erfahrungen / Erkenntnisse aus dem
vorliegenden F+E-Projekt.
Prack Consult bereitet derzeit die Ausschreibung des WWMS Espargos vor, welche
aus heutiger Sicht im Frühjahr 2008 publiziert wird. Prack Consult wird die Planung
und Bauleitung der Phase 3 erhalten. Ferner hat die italienische Investorengruppe
Tourinvest großes Interesse gezeigt an dem von Prack Consult im Pilotversuch
erprobten Container-Kläranlagensystem für den in Pedra de Lume geplanten Marina
und Golf Resort (Grundsteinlegung Juni 2007, Projektgesamtvolumen 290 Mio. Euro,
Baubeginn 2009).
5.
WISSENSCHAFTLICHER UND TECHNISCHER STAND
Die Firma Prack Consult GmbH hat in den letzten Jahren vielfältige Erfahrungen in
den Bereichen Abwasser- und Fäkalschlammreinigung sowie Klärschlammvererdung
sowohl durch Forschung als auch durch praktische Erfahrungen als Planungsbüro
bzw. beratender Ingenieur gesammelt.
Die Ergebnisse zum Stand der Wissenschaft und Technik zu den Themen
„Entwicklung einer modularen Kläranlage zur Behandlung von Abwasser und
Fäkalschlämmen“, „Transfer einer KSVE-Anlage aus Europa auf einen trockenen,
heißen Standort“ und „Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Meer- bzw.
Brackwasser in einer Kläranlage“ wurden bereits bei Antragsstellung zusammenfassend dargestellt. Diesbezüglich gab es im Laufe der Projektlaufzeit keine
bahnbrechenden wissenschaftlichen Neuerungen.
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6.
12
Schlussbericht
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ZUSAMMENARBEIT MIT ANDEREN STELLEN
Im Verlauf der Phase 2a wurde bei abwassertechnischen und betriebsspezifischen
Fragen sowie für Wartung und Optimierung der CKA eng mit der Firma RotoxKlärtechnik, Burg, (Herstellung, Betrieb und Optimierung von Abwasseranlagen)
zusammengearbeitet.
Im Rahmen der Phase 2b „Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser für
Bewässerungszwecke“ wurde hinsichtlich der Möglichkeiten der Wiederverwendung
von gereinigtem Abwasser in der Landwirtschaft mit Herrn PD Dr. Joachim Clemens
vom Institut für Pflanzenernährung, Universität Bonn kooperiert.
Hinsichtlich des Messprogramms und der Analytik (Abwasserchemie) wurde mit dem
Analytik Labor Nord GmbH, Heide, (staatlich anerkanntes und amtlich benanntes
Labor für Trinkwasser, Abwasser, Boden und Klärschlamm) zusammengearbeitet.
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Schlussbericht
02WA0597
13
II.
EINGEHENDE DARSTELLUNG DER ERZIELTEN ERGEBNISSE
1.
WICHTIGSTE
WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE
ERGEBNISSE
DER
PHASE
1:
GRUNDLEGENDE UNTERSUCHUNG UND KONZEPTERSTELLUNG
In der vorliegenden Phase 1 – grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung des F+E-Projektes wurden die Grundlagen zur Erstellung und Realisierung eines
Wassernutzungskonzeptes für die Insel Sal ermittelt. Folgende wissenschaftlichtechnischen Ergebnisse lassen sich diesbezüglich festhalten:
•
Entwicklungsdaten hinsichtlich Demographie und Tourismus
•
Der spezifische Wasserverbrauch der Bevölkerung liegt bei ca. 50 l/d, derjenige
der Touristen bei ca. 300 l/d.
•
Ergebnis der Bestandsaufnahme zur Wasserversorgung ist, dass die Insel Sal
unter
akutem
Wassermangel
leidet
und
dass
kurzfristig
mit
einem
Versorgungsengpaß zu rechnen ist, da der Wasserverbrauch höher ist als das
Wasserdargebot. Der Trinkwasserbedarf kann ohne Erweiterungen ab 2007 /
2008 nicht mehr über die vorhandenen Entsalzungsanlagen gedeckt werden.
•
Sämtliches Trinkwasser muss teuer über Entsalzungsanlagen (2 Anlagen auf
Sal) produziert werden (Produktion: ca. 3.250 m³/d, Stand: 2006).
•
Die Bestandsaufnahme zur Abwassersituation zeigt, dass derzeit keine geregelte
Abwasserentsorgung auf der Insel Sal stattfindet. Es existieren keine
funktionstüchtigen Kläranlagen und keine Abwassersammelsysteme in den
Siedlungsgebieten, d.h. es ist nahezu keine Abwasserreinigung vorhanden.
•
Das
dezentrale
Abwassermanagement-Konzept
ist
aus
wirtschaftlicher,
technischer und ökologischer Sicht für Sal die optimale Variante. Es beinhaltet
insgesamt 4 neu zu errichtende Abwassersysteme für die 4 vorhandenen/
zukünftigen Ballungsgebiete (Espargos, Santa Maria, Murdeira, Porto de
Murdeira)
und
besteht
aus:
Kläranlagen,
Transportleitungen
(Abwasser,
Brauchwasser), Pumpstationen und Ortsnetzen. Als erster Schritt soll das
System Espargos realisiert werden.
•
Das Kooperationsmodell (PPP-Modell) stellt die optimale Organisationsform für
das Abwassermanagement auf Sal dar. Hierzu muss eine Eigentums-GmbH
(Anteile: Governo/Camara do Sal ≥ 51%; Private Investor < 49%) und eine
Betriebsführungs-GmbH (Private Investor) gegründet werden.
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•
Schlussbericht
02WA0597
14
Zur Vollkostendeckung ist nach ersten Berechnungen ein Preis von 3,35 €/m³
erforderlich. Dieser Preis setzt sich aus 2 Komponenten zusammen:
-
Abwassertarif (Reinigung): ca. 1,35 €/m³ (als mittlerer Tarif eines
sozial-gestaffelten Tarifsystems)
-
Verkauf des gereinigten Abwassers: ca. 2,00 €/m³ (zu Bewässerungszwecken)
•
Definition des Standortes für die Pilotanlage (Phase 2a, Pilotversuch) auf dem
bestehenden Kläranlagengelände in Murdeira (Kooperation mit der TURIM S.A.).
Zur Erreichung vorgenannter Ergebnisse wurde die Grundlagenermittlung unter
Berücksichtigung folgender Teilaspekte durchgeführt:
-
Aufnahme der Siedlungsgebiete und der touristischen Gebiete,
-
Bevölkerungsprognose und Prognose der Touristenzahlentwicklung auf Sal
bis 2030 (Min-/Max.-Prognose), Vergleich mit bestehenden Prognosen des
lokalen Statistikamtes und anderer Studien, Abstimmung und Festlegung
mit den örtlichen Behörden,
-
Erfassung zukünftiger Investitionsprojekte wie z.B. Bau/Erweiterung von
Hotels, Erschließung von Siedlungsgebieten,
-
Erfassung des Wasserversorgungs-/Verteilungssystems (Frischwasserproduktion
der
Entsalzungsanlagen,
Hausanschlüsse,
Trinkwasser-
Tarifstruktur),
-
Abschätzung des Wasserverbrauchs (Industrie, Bewässerung, Bevölkerung,
Tourismus),
-
Erfassung der Abwasserproduktionsstätten inkl. Abwassersammlung und ableitung (Ortsnetze, Anschlussgrad Bevölkerung),
-
Erfassung
bestehender
Abwasserbehandlungsanlagen
(Kläranlage,
Teichkläranlagen),
-
Ermittlung des zukünftigen Abwasseranfalls (Prognose bis 2030),
-
Vergleich
und
Diskussion
des
zentralen
und
dezentralen
Abwassermanagement-Konzepts nach technischen, ökologischen und
wirtschaftlichen Kriterien (inkl. Ermittlung der Investitions-, Kapital- und
Betriebskosten),
-
Auswahl des optimalen Abwassermanagement-Konzepts inkl. Konzeption,
-
Bestimmung
des
optimalen
Organisationsmodells
für
das
optimale
Abwassermanagement-Konzept (inkl. Darstellung der Rechtsbeziehungen
und Vertragsverhältnisse),
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-
Bestimmung
von
Schlussbericht
02WA0597
15
Finanzierungsmöglichkeiten
zur
Realisierung
des
Abwassermanagement-Konzepts,
-
Berechnung der dynamischen Gestehungskosten (Barwertmethode) zur
Ermittlung des vollkostendeckenden Abwassertarifs (Gleichgewichtspreis),
-
Durchführung von Cash-Flow-Analysen verschiedener Szenarien zur
Überprüfung der Wirtschaftlichkeit des Projektes,
-
Standortfindung für die Pilotanlage.
Eine Zusammenfassung der Ergebnisse der Phase 1 ist der Anlage 9 zu entnehmen.
2.
WICHTIGSTE WISSENSCHAFTLICH-TECHNISCHE ERGEBNISSE DER PHASE 2
2.1
Pilotversuch
2.1.1
Planung und Bau der Pilotanlage
Im Jahr 2006 wurden Planung, Bau (Vorfertigung und Vor-Ort-Endmontage) und
Inbetriebnahme der Pilotanlage (CKA und Pilot-KSVE) realisiert. Die Pilotanlage
besteht aus einer mechanisch-biologischen CKA (kompakte Kläranlage komplett
integriert in einen 20-Fuß-Container), die in Deutschland (Fa. Rotox-Klärtechnik, Burg
/ Dithmarschen) vorgefertigt wurde, und einer Pilot-KSVE, bestehend aus einem
Schilfbeet. Die CKA wurde Ende August 2006 nach Sal / Cabo Verde verschifft und
im Oktober 2006 installiert (siehe Fotodokumentation in Anlage 10). Der Bau der
Pilot-KSVE wurde durch ein lokales kapverdisches Bauunternehmen (Fa. CONSTUR
Ltd.) durchgeführt und erfolgte ebenfalls im Oktober 2006 (siehe Fotodokumentation
in Anlage 13). Für die Bepflanzung des Schilfbeetes wurde die Schilf-Pflanzenart
phragmites australis aus Deutschland importiert.
2.1.1.1 Container-Kläranlage (CKA)
2.1.1.1.1
Planungsgrundlagen
Der gewählte Versuchsaufbau im halbtechnischen Maßstab besteht aus einer
Container-Kläranlage mit einer Ausbaugröße von ca. 100 EW. Dieser Aufbau bietet
gegenüber der ursprünglich vorgesehenen Ausbaugröße von 250 EW (vgl. Antrag
des vorliegenden Projektes, Dezember 2004) den Vorteil einer geringeren Trägheit
des Systems und somit eine größere Flexibilität.
Prack Consult GmbH
18.04.2008
16
Schlussbericht
02WA0597
Die eingesetzte Container-Kläranlage ist der Größenklasse 1 (Zulauf: kleiner als
60 kg/d BSB5) zuzuordnen, für die gemäß Anhang 1 der Abwasserverordnung (AbwV
vom Juni 2004) eine CSB- und BSB5-Elimination gefordert ist.
Gemäß ATV-A 123 ist die kleinstzulässige Kläranlagengröße für eine Fäkalschlammmitbehandlung die Größenklasse 4 (Zulauf: 600 bis 6.000 kg/d BSB5 oder 10.000 bis
100.000 EW), für die neben der CSB- und der BSB5-Elimination auch eine Nitrifikation
und Denitrifikation sowie eine Phosphor-Eliminierung gefordert wird. Die Nitrifikation
und die Denitrifikation werden durch eine intermittierende Belüftung erreicht. Auf eine
zusätzliche Phosphatfällung, wie sie in der Praxis zur Einhaltung der Ablaufwerte
eingesetzt wird, wurde verzichtet. Eine Fäkalschlammzugabe bzw. die Mitbehandlung
von Fäkalschlämmen ist in einer Container-Kläranlage prinzipiell möglich. Dieses
haben die Untersuchungen, die im Rahmen des von Prack Consult GmbH im Jahre
1998-2000 durchgeführten F+E-Projektes „Fäkalschlammmitbehandlung als Mittel zur
Kläranlagenbetriebskostensenkung“ (Projekt-Nr. 02WA9745/0) bewiesen. Erforderlich
ist lediglich eine Kläranlagenausrüstung, die eine intermittierende Belüftung
ermöglicht (in Murdeira gegeben).
Die CKA wurde auf dem Gelände der bestehenden KA Murdeira installiert und
behandelt einen Teilstrom des dort anfallenden kommunalen Abwassers. In
Anbetracht der bereits vorhandenen Kläranlagengröße Murdeira (Ausbaugröße
60 m³/d oder 600 EW) und des Zuflusses (zwischen 35 und 60 m³/d) ist gewählt
worden, für den Pilotversuch eine auf 100 EW dimensionierte Containerkläranlage zu
betreiben. So kann ein Mindestzufluss sowohl zur Kläranlage Murdeira als auch zur
Pilotanlage (CKA) gesichert werden, der für den Betrieb einer Kläranlage erforderlich
ist.
Diesbezüglich wurde die hydraulische Belastung der Containerkläranlage (CKA) wie
folgt festgelegt:
Zufluss hydraulisch zur CKA:
-
Minimal:
5 m³/d
-
Maximal:
10 m³/d
Ausgehend von einer spezifischen Abwasserproduktion von ca. 100 l/E*d entspricht
dies ca. 50 bis 100 EW. Bei einer Leistung der eingesetzten Zulaufpumpe von
durchschnittlich 17,5 m³/h kann die Anlage problemlos im oben beschriebenen
Min / Max-Bereich gefahren werden. Eine hohe Flexibilität der Anlage ist dadurch
gegeben.
2.1.1.1.2
Bemessung der CKA
Prack Consult GmbH
18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
17
Die Bemessung der Versuchskläranlage erfolgt in Anlehnung an die ATV-A-131,
Bemessung von einstufigen Belebungsanlagen (Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e.V., Mai 2000).
Bemessung des Belebungsbeckens:
Bei einer Raumbelastung unter 0,25 kg BSB5/m³*d und einer Schlammbelastung
unter 0,05 kg BSB5/(kg TS*d) ergibt sich die maximale Belastung des Belebungsbeckens zu:
Bd,BSB5 =
VBB * BR,BSB5
=
24,48 m³ * 0,25 kg BSB5/m³*d
=
6,12 kg BSB5/d
Unter Annahme einer spezifischen Belastung von 60 g BSB5/E*d ergibt sich eine
Belastung von:
6,12 kg BSB5/d : 60 g BSB5/E*d = 102 EW
Bemessung der Nachklärung:
Unter Annahme einer Oberflächenbeschickung von maximal (0,3-) 0,5 m³/(m²*h) bei
einer Nachklärbecken-Oberfläche von 3,24 m², errechnet sich der maximale mögliche
Zufluss zu:
Qmax
= (0,972) 1,62 m³/h
bzw.
= (23,33) 38,88 m³/d
(max. hydraulische Belastung)
Unter der Annahme einer spezifischen Abwasserproduktion von 100 l/EW*d und
eines
gleichmäßigen
Zuflusses
über
den
Tag,
ist
die
Nachklärung
der
Versuchskläranlage für eine maximale hydraulische Belastung von ca. 380 EW
geeignet.
2.1.1.1.3
Aufbau und Technische Ausrüstung der CKA
Die Container-Kläranlage wurde in Burg / Dithmarschen vorgefertigt und ist in einen
20-Fuß-Seecontainer gem. ISO Norm 1496/1, Nutzvolumen ca. 32 m³, eingebaut (vgl.
Abbildung 1 bis Abbildung 4). Belebungsbecken / Schlammspeicher bilden eine
Einheit und wurden aus diversen Stahlplatten zusammengeschweißt („Stahlkasten“).
Gleichermaßen wurde das Nachklärbecken zusammengeschweißt und bildet die
zweite Einheit.
Die einzelnen Becken der CKA wurden wie folgt hergestellt:
-
Belebung (BB)
Prack Consult GmbH
V = ca. 24,5 m³
18.04.2008
-
Schlussbericht
02WA0597
18
Nachklärung (NK) mit Trichter
A = ca. 3,24 m²
V = ca. 4,08 m³
-
Schlammspeicher (SS)
V = ca. 2,5 m³ (Nutzinhalt)
Eine detaillierte Fotodokumentation zum Bau und zur Installation und Inbetriebnahme
der CKA auf dem Gelände der Kläranlage Murdeira befindet sich in Anlage 11.
Abbildung 1: Vorfertigung der
Abbildung 2: Belebungsbecken:
Container-Kläranlage (August
Strahlbelüfter und Überschussschlamm-
2006), Nachklärung
pumpe (August 2006)
Abbildung 3: Vorinstallation der
Abbildung 4: Ansicht der Container-
Anlagenkomponenten der
Kläranlage nach Vor-Ort-Installation und
Nachklärung (August 2006)
Endmontage
Prack Consult GmbH
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Schlussbericht
02WA0597
19
Ein Fließdiagramm der CKA ist in Abbildung 5 zu sehen.
Abbildung 5: Fließschema der CKA
Die
Containerkläranlage
besteht
im
Wesentlichen
aus
einer
vereinfachten
mechanischen Reinigungsstufe (bestehend aus einem Grobrechen) und der
anschließenden biologischen Reinigung: anlagentechnisch ist dies in Form von einem
Belebungsbecken und einem Nachklärbecken, beides komplett integriert im
Container, realisiert. Die Zulaufpumpe ist umgeben von einem Filterkorb, um grobe
Störstoffe fernzuhalten (mechanische Reinigung). Auf eine Vorklärung wurde
verzichtet (um keinen unstabilisierten Primärschlamm zu erhalten). Das Rohabwasser
wird
direkt
in
das
Belebungsbecken
bepumpt,
wo
das
Abwasser
unter
intermitierender Belüftung durch einen robust gebauten Strahlbelüfter ständig bewegt
wird und anschließend zur Nachklärung fließt. Von hier wird Rücklaufschlamm
abgezogen und der Biologie zurückgeführt (Belebtschlammverfahren). Das gereinigte
Abwasser läuft über einen Ablaufrinne ab und wird der TURIM S.A. für
Bewässerungszwecke
von
öffentlichen
Grünflächen
zur
Verfügung
gestellt.
Schwimmschlamm und Überschussschlamm aus der Belebung werden oberflächlich
abgezogen und in einen separaten Schlammspeichertank, der ebenfalls im Container
mit
integriert
ist,
gepumpt.
Von
hieraus
kann
die
KSVE-Pilotanlage
mit
Überschussschlamm beschickt werden.
Prack Consult GmbH
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Schlussbericht
02WA0597
20
Die Container-Kläranlage wurde bewusst technisch einfach und robust ausgerüstet,
um
Wartungs-
und
Instandhaltungsarbeiten
zu
erleichtern
sowie
den
Witterungsbedingungen standzuhalten. Die technische Ausrüstung besteht aus:
-
Vier
fest
installierte
Pumpen
im
Container
(Strahlbelüfter,
Überschussschlamm, Sprühpumpe, Rücklaufschlamm).
-
Drei weitere mobile Pumpen (Abwasserzulauf und Beförderung des
Überschussschlamms in die KSVE, Ersatzpumpe). Der Einfachheit halber
für den Fall von Reparaturen bzw. Ausfällen sind die oben genannten
mobilen und fest installierten Pumpen baugleich ausgeführt.
-
Rohr- und Elektroleitungen
-
Schalt- und Steueranlage (Die Schalt- und Steueranlage der CKA ist in
einer Verteilung 800 mm x 600 mm direkt integriert am Container untergebracht). Die Pumpintervalle der einzelnen Pumpen und somit die
Durchflussmenge, die Intensität der Belüftung, die Beschickung der KSVE
usw. werden automatisch gesteuert.
Abbildung 6: Ablaufleitung (grün) des gereinigten Abwassers von der CKA in die
KA Murdeira (Freigefälle)
2.1.1.1.4
Erweiterung der Pilotanlage zur Mitbehandlung von Fäkalschlamm
Anfang März 2007 wurde neben der CKA ein Vorlagebehälter für mobil angelieferten
Fäkalschlamm installiert. Hierbei handelt es sich um den ehemaligen LKW-Aufsatz
eines Tankfahrzeuges mit einem Volumen von ca. 8 m³. Der Tank wurde zu zwei
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18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
21
Drittel eingegraben und mit Erde angeschüttet (vgl. Abbildung 7). Eine entsprechende
Rohrleitung vom Vorlagebehälter zum Belebungsbecken der CKA wurde ebenfalls
verlegt (vgl. Abbildung 8).
Abbildung 7: Einbau des
Abbildung 8: Fäkalschlammtank und
Fäkalschlammtanks (März 2007)
Zulaufleitung (März 2007)
Die Steuerung der Fäkalschlammzugabe aus dem Vorlagebehälter (Fäkalschlammtank) erfolgt automatisch über den bestehenden Schaltschrank der CKA.
Die Beschickung wurde am Anfang nur punktuell und mit kleinen Dosierungen
gefahren, die dann langsam gesteigert werden können (Anfangsdosierung: 0,5 m³/d
Fäkalschlamm, kontinuierlich über 24 Stunden, entspricht ca. 3 - 5 % des
durchschnittlichen Abwasserzulaufs). Wichtig ist bei der Mitbehandlung von Fäkalschlamm, eine hohe Biomasse in der Belebung zu haben. Der Zeitpunkt, ab wann
Fäkalschlamm zugegeben werden kann, wird abhängig vom Schlammvolumen
festgelegt. Erst wenn die Überschussschlammproduktion ausreichend hoch ist, wird
davon ausgegangen, dass die Anlage konstant läuft, so dass die Fäkalschlammmitbehandlung stattfinden kann.
2.1.1.2 Pilot-Klärschlammvererdungsanlage
2.1.1.2.1
Planungsgrundlagen
Der in der CKA anfallende Überschussschlamm wird in der Pilot-Klärschlammvererdungsanlage behandelt. Die Klärschlammbehandlung in Pflanzenbeeten ist ein
natürliches und ökonomisches Verfahren zur Entwässerung und weitgehenden
Mineralisierung von biologisch stabilisiertem bzw. teilstabilisiertem Klärschlamm, das
eine Alternative zu den traditionellen maschinellen Entwässerungsmethoden
(Pressen, Zentrifugen etc.) darstellt. Anstelle von Primärenergie (Kohle, Erdöl)
werden bei der Klärschlammvererdung nur erneuerbare Energien (Sonne, Wind,
Prack Consult GmbH
18.04.2008
22
Schlussbericht
02WA0597
Pflanzen) verwendet, was zu einer deutlichen Senkung der Betriebskosten führt.
Bautechnisch sind die Klärschlammvererdungsanlagen von den bereits schon vor
Jahrzehnten angewandten Schlammtrocknungsbeeten abgeleitet.
Die Entwässerung in der Klärschlammvererdungsanlage erfolgt auf 3 Wegen:
a) durch Schwerkraftentwässerung
b) durch Transpiration (Verdunstung durch Pflanzen)
c) durch Evaporation (Verdunstung auf freier Fläche)
Die Pilot-KSVE auf dem Gelände der Kläranlage Murdeira wurde im Oktober 2006
erbaut und ist für die Vererdung des Überschussschlamms aus der CKA vorgesehen.
Details zum Aufbau der Pilot-KSVE sind dem „Working Plan“ (Grundlage für das
lokale Bauunternehmen zum Bau der Anlage) in Anlage 12 zu entnehmen. Eine
ausführliche Fotodokumentation des Baus der Pilot-KSVE befindet sich in Anlage 13,
eine Fotodokumentation zur Entwicklung der Schilfpflanzen im Untersuchungszeitraum befindet sich in Anlage 14.
Abbildung 9: Erste Bewässerung der Jung-Pflanzen der Pilot-KSVE (Oktober 2006)
2.1.1.2.2
Bemessung der Klärschlammvererdungsanlage
Die Bemessung der Pilot-KSVE wurde in Anlehnung an die internen Ergebnisse des
F+E-Projektes „Übertragung und Anpassung des Klärschlammvererdungsverfahrens
an thailändische Verhältnisse; Förderkennzeichen (02WS0325)“ durchgeführt und
wird hier, um Wettbewerbsvorteile zu erhalten, nicht näher erläutert.
Prack Consult GmbH
18.04.2008
23
Schlussbericht
02WA0597
Aus Platzgründen und aufgrund der begrenzten Laufzeit wurde zu Versuchszwecken
nur ein Beet konzipiert.
2.1.1.2.3
Aufbau und Technische Ausrüstung der Klärschlammvererdungsanlage
Siehe hierzu Anlage 12 „Working Plan“.
2.1.2
Betrieb der Pilotanlage / Versuchsdurchführung
2.1.2.1 Betreuung und Überwachung der Pilotanlage
Die Betreuung und Überwachung der Pilotanlage wurde von Mr. Vladimir Fonseca vor
Ort im Auftrag von Prack Consult durchgeführt. Mr. Fonseca ist in Murdeira ansässig
und für den Betrieb der vorhandenen Kläranlage Murdeira als technischer Leiter
zuständig. Mr. Fonseca führte regelmäßig optische Kontrollen der Funktionsweise der
Anlage durch und übergab wöchentlich ein von Prack Consult vorgefertigtes
Berichtsformular (dessen Auswertungen siehe Anlage 15), anhand dessen eine
„Fernsteuerung“ der Anlage per Telefon bzw. E-Mail von Deutschland aus möglich
war (Änderungen des Rohabwasserzuflusses, Justierung der Sauerstoffzufuhr etc.).
Des Weiteren hatte Mr. Fonseca auch die Betreuung der Pilot-KSVE übernommen.
2.1.2.2 Einfahrphase CKA
Die CKA wurde Mitte Oktober 2006 in Betrieb genommen und wird seitdem
kontinuierlich betrieben sowie punktuell Analytik durchgeführt. Das Schlammvolumen
in der Belebung der CKA – als Aussage über die Entwicklung und den Aufbau des
Belebtbakterienstamms und entscheidend für den Abzug von Überschussschlamm
und somit für den Beginn der Regel-Beschickung der Pilot-KSVE – baut sich langsam
auf und lag am 22.11.2006 (ca. 4 Wochen nach Vor-Ort-Installation) bereits bei ca.
100 ml/l.
Die gesamte Einfahrphase erstreckte sich über einen Zeitraum von einem 3/4 Jahr,
da es immer wieder zu besonderen Vorkommnissen / technischen Problemen kam,
wodurch sich die Einfahrphase entsprechend hinzog und verlängerte:
•
Langwieriger Aufbau der Biologie aus Rohabwasser:
Die bestehende Kläranlage Murdeira war von Braunalgen befallen (vgl. Färbung
des Abwassers in Abbildung 6). Aus diesem Grunde konnte die CKA nicht mit
bereits vorhandenem Belebtschlamm „angeimpft“ werden, sondern die Biologie
musste erst langwierig aus dem Rohabwasser aufgebaut werden.
Prack Consult GmbH
18.04.2008
•
Schlussbericht
02WA0597
24
Stromversorgungsprobleme der CKA:
Ende Oktober 2006 wurde vom Energieversorger ein eigener Stromzähler für die
CKA eingebaut. Während der Durchführung dieser Arbeiten musste die
Stromversorgung der CKA kurzfristig unterbrochen werden, was dazu geführt hat,
dass
der
Überspannungsschutz
der
Sauerstoffzufuhr
ausgelöst
wurde
(Abschalten der Anlage). Diese Tatsache wurde erst ca. 2 - 3 Wochen nach dem
o. g. Eingriff anhand der übermittelten Daten (Kontroll- und Überwachungstabelle)
bemerkt. Konsequenz dessen war, dass ein Großteil der bis dahin aufgebauten
Biologie (Bakterienstamm) aus der Belebung über die Nachklärung in den CKAAblauf gelang.
Auch in der übrigen Zeit war die öffentliche Stromversorgung nicht kontinuierlich
gegeben.
Infolge
von
Stromversorgungsproblemen
im
Dezember 2006 /
Januar 2007 kam es durch das Ausfallen der Belüftung erneut zu einem
Ausschwemmen eines Großteils der bis dahin aufgebauten Biologie. Auch hier
waren Umstellungen in der Betriebsweise der CKA (wie z. B. eine Neueinstellung
der
Belüftung)
erforderlich,
um
den
Belebtbakterienstamm
wieder
neu
aufzubauen.
•
Probleme Zulauf:
Im Zeitraum Februar / März 2007 sowie Mai / Juni 2007 traten unvorhergesehene
Zulaufsschwankungen auf, die zum einen auf mangelnden Abwasserzufluss aus
der Siedlung Murdeira, zum anderen auf technische Probleme mit z. B. der
Zulaufpumpe (Verhakung des Schwimmers) oder Defekt eines Steuer-Relais im
Schaltschrank zurückzuführen waren.
Infolgedessen haben die für den Zeitraum Mai / Juni 2007 vorliegenden
Messdaten geringe Aussagekraft.
•
Betriebsprobleme Belebungsbecken:
Im Zeitraum Februar / März 2007 kam es zu Betriebsproblemen in der Belebung
der CKA. Es wurden deutlich überhöhte O2-Gehalte gemessen. Es wird vermutet,
dass hierfür entweder die o. g. Zulaufprobleme oder evtl. mikrobiologische
Prozesse (Bakteriensterben infolge eines Schadstoffeintrags über den Zulauf der
CKA) verantwortlich waren. Die vorliegenden Messdaten wurden entsprechend
kritisch ausgewertet.
•
Zeitverzögerte Analytik:
Auf der Insel Sal ist kein entsprechend ausgerüstetes Labor vorhanden. Aus
diesem Grund werden die Abwasserproben vor Ort tiefgefroren eingelagert und
erst zeitverzögert in Verbindung mit Reisetätigkeiten von Prack Consult zur
Prack Consult GmbH
18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
25
Analyse nach Deutschland gebracht. Dadurch ergibt sich eine Zeitverschiebung
der Analysedaten um 3-5 Monate. Außerdem ist keine unmittelbare Reaktion auf
die analytischen Vorgänge in der CKA möglich, was einen optimal angepassten
Betrieb der Anlage verhindert. Dies ließ sich jedoch aufgrund des begrenzten
Projektbudgets
nicht
anders
lösen.
Die
Parameter
„Sichttiefe“
und
„Belebtschlammvolumen“ lieferten somit die einfache Möglichkeit einer schnellen,
groben Überprüfung der Kläranlagenfunktion und damit ein „ferngesteuertes“,
leider auch zeitversetztes, Eingreifen.
All diese Betriebsprobleme werden jedoch als positiv hinsichtlich der Zielsetzungen
gewertet, da sie wichtige Erfahrungen und Indikatoren für die Projektrealisierung
(Phase
3,
großtechnischer
Maßstab)
darstellen
und
direkt
in
Form
von
Verbesserungen in die Vorplanung der großtechnischen Anlage mit einfließen
werden.
2.1.2.3 Behandlung von Abwasser in der CKA
In Abbildung 10 ist der durchschnittliche Durchfluss der CKA im Betrachtungszeitraum dargestellt.
Durchschnittlicher Durchfluss
(je Messintervall)
[m³/d]
durchschn. Durchfluss (je Mess-intervall)
20
15
10
11.11.2007
28.10.2007
14.10.2007
30.09.2007
16.09.2007
02.09.2007
19.08.2007
05.08.2007
22.07.2007
08.07.2007
24.06.2007
10.06.2007
27.05.2007
13.05.2007
29.04.2007
15.04.2007
01.04.2007
18.03.2007
04.03.2007
18.02.2007
04.02.2007
21.01.2007
07.01.2007
24.12.2006
10.12.2006
26.11.2006
12.11.2006
0
29.10.2006
5
Abbildung 10: Durchschnittlicher Durchfluss der CKA (je Messintervall)
Der Rückgang des durchschnittlichen Durchflusses Anfang 2007 erklärt sich durch
Probleme mit der Zulaufpumpe im Februar / März 2007 (vgl. Kapitel 2.1.2.2). Der
fehlende Zufluss im Mai 2007 ist auf das Ausfallen der Zulaufpumpe aufgrund eines
Prack Consult GmbH
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Schlussbericht
02WA0597
26
defekten Steuer-Relais im Schaltschrank zurückzuführen (vgl. Kapitel 2.1.2.2). Da der
Fehler erst am Mitte Juni 2007 behoben werden konnte, kommt es zu den fehlenden
Messdaten im Zeitraum Mai / Juni 2007 und den damit verbundenen Lücken in den
graphischen Darstellungen (vgl. Abbildung 10 und Abbildung 11).
Pumpstunden (kumuliert) [h]
Stromzähler [kWh]
Pumpstunden und Stromverbrauch
[h]
[kWh]
8.000
250
7.000
200
6.000
5.000
150
4.000
100
3.000
2.000
50
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11.11.2007
04.11.2007
28.10.2007
21.10.2007
14.10.2007
07.10.2007
30.09.2007
23.09.2007
16.09.2007
09.09.2007
02.09.2007
26.08.2007
19.08.2007
12.08.2007
05.08.2007
29.07.2007
22.07.2007
15.07.2007
08.07.2007
01.07.2007
24.06.2007
17.06.2007
10.06.2007
03.06.2007
27.05.2007
20.05.2007
13.05.2007
06.05.2007
29.04.2007
22.04.2007
15.04.2007
08.04.2007
01.04.2007
25.03.2007
18.03.2007
11.03.2007
04.03.2007
25.02.2007
18.02.2007
11.02.2007
04.02.2007
28.01.2007
21.01.2007
14.01.2007
07.01.2007
31.12.2006
24.12.2006
17.12.2006
10.12.2006
03.12.2006
26.11.2006
19.11.2006
12.11.2006
05.11.2006
29.10.2006
0
22.10.2006
1.000
0
Abbildung 11: Pumpstunden + Stromverbrauch der CKA
Die Ergebnisse hinsichtlich Reinigungsgrad sind in Kap. II., 2.1.3 dargestellt.
Im Laufe des Pilotversuchs wurde festgestellt, dass der für die Versuchsreihe
„Abwasser“ vorgesehene Zeitraum von 4 Monaten nach einer Einfahrphase von
2 Monaten zu kurz war, um tragbare bzw. repräsentative Ergebnisse zu liefern. Es
zeigte sich, dass sich bereits die Einfahrphase aus mehreren Gründen (vgl. Kapitel
2.1.2.1) um über 5 Monate verlängerte. Auch im weiteren Betrieb der CKA mit
Abwasser
kam
es
zu
Schwankungen
in
der
Zusammensetzung
des
Abwasserzuflusses zur Pilotanlage, die in dem Maße nicht erwartet wurden und die
zusätzliche Einstellungen in der Pilotanlage erforderlich machten. Dementsprechend
musste die Versuchsreihe „Abwasser“ zur Erlangung repräsentativer Ergebnisse über
den gesamten Versuchszeitraum bis Ende 2007 verlängert werden.
2.1.2.4 Mitbehandlung von Fäkalschlämmen und Brack-/Salzwasser in der CKA
Im Pilotversuch waren neben der Versuchsreihe „Abwasser“ auch Versuchsreihen mit
Fäkalschlamm und Salz-/Brackwasser vorgesehen.
Prack Consult GmbH
18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
27
Während der Versuchsdurchführung wurde vor Ort festgestellt, dass die Durchführung der Versuchsreihe „Fäkalschlamm“ bis Ende September 2007 nicht realisierbar war. Gemäß den Voruntersuchungen fällt auf der Insel Sal Fäkalschlamm aus
Hauskläranlagen an, der nur nach Bedarf (d.h. wenn die Grube bzw. der Speicher voll
ist und quasi überläuft) entnommen und abgefahren wird. Diese Entsorgung findet auf
kommunaler Ebene statt. Die Kontaktaufnahme mit der zuständigen Stelle erfolgte
frühzeitig. Trotzdem war es in dem für die Versuchsreihe anberaumten Zeitraum nicht
möglich, zu den von Prack Consult vorgesehenen Terminen (bzw. zahlreichen
Ausweichterminen) Fäkalschlamm in den erforderlichen Mengen anzufahren.
Zeitweise war der Saugwagen außer Betrieb oder es gab an den vorgesehenen
Tagen keinen Fäkalschlamm zur Entsorgung. Zudem war während der ersten
Fäkalschlammzugaben die Anwesenheit eines Ingenieurs von Prack Consult
erforderlich, um die Einhaltung der erforderlichen Rahmenbedingungen bei der
Zugabe (Grobfiltrierung, Zugabe in bestimmten prozentualen Mengenanteile,
Bestimmung bzw. Durchführung der Analytik etc.) zu garantieren. Auch die
Regelmäßigkeit der Anfuhr (d.h. mindestens wöchentliche Anlieferung von Fäkalschlamm), die für die Repräsentanz der Untersuchungsergebnisse erforderlich ist,
konnte
nicht
garantiert
Fäkalschlammversuch
werden.
dann
mit
Ende
November
punktueller
2007
Beschickung
konnte
der
(wochenweise
kontinuierlich) doch noch gestartet werden, da ab diesem Zeitpunkt Fäkalschlamm
geliefert wurde. Im Zeitraum November – Dezember 2007 wurde 3 – 15 %
Fäkalschlamm zudosiert.
Da mit dem Bau des Kanalisationsnetzes die Anzahl der Hauskläranlagen auf ein
vernachlässigbares Niveau zurückgehen wird, ist die Mitbehandlung von „Fäkalschlamm“ für die zu errichtende Kläranlage nicht mehr in dem Maße relevant, so dass
diese zwangsläufige Anpassung an die Verhältnisse vor Ort und somit Reduzierung
dieses Teilversuchs keinen wesentlichen Einfluss auf die Bemessung der zukünftigen
Kläranlage hat.
Als Ergebnis der Fäkalschlammbehandlung lässt sich festhalten, dass die CKA ohne
Probleme mit Fäkalschlamm der vorliegenden Dosierung belastet werden kann – dies
zeigte der Reinigungsgrad der Anlage. Hinsichtlich der biologischen Aktivität ist die
Mitbehandlung sehr positiv zu bewerten, da das zulaufende Rohabwasser eher
„dünn“ ist und durch die Fäkalschlammzugabe die Fracht erhöht werden konnte. Die
Folge war eine starke Erhöhung der Biomasse in der Belebung (Überschussschlammproduktion).
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18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
28
Im Pilotversuch war zudem vorgesehen, eine Versuchsreihe zur Mitbehandlung von
Salz-/Brackwasser durchzuführen. Zum Zeitpunkt des Antrages war noch nicht
bekannt,
inwiefern
die
Wiederverwendung
von
gereinigtem
Abwasser
für
Bewässerungszwecke zur Finanzierung des Gesamtprojektes beitragen würde. Der
wichtigste Parameter bei Bewässerung in ariden Regionen ist der Salzgehalt (Risiko
von Bodenversalzungen). Auf der Insel Sal hat das Trinkwasser (da es aus
Entsalzungsanlagen gewonnen wird) einen relativ hohen „natürlichen“ Salzgehalt
(vgl. Tabelle 2).
Probenahme
Salzgehalt
bzw.
Elektrische
Leitfähigkeitt
Leitungswasser Cabo Verde
08.06.2005
647 µS/cm
Leitungswasser Cabo Verde
31.10.2006
888 µS/cm
Leitungswasser Deutschland
Erfahrungswert
500 µS/cm
Meerwasser
Erfahrungswert 50.000 µS/cm
Tabelle 2:
Salzgehalt im Wasser ausgedrückt als elektrische Leitfähigkeit
Eine Erhöhung des Salzgehaltes des zu reinigenden Abwassers durch Zugabe von
Brack- bzw. Meerwasser, würde einer Wiederverwendung des gereinigten Abwassers
entgegenstehen. Bei der Wiederverwendung des gereinigten Abwassers zu
Bewässerungszwecken könnte das gereinigte Abwasser zu 100 % genutzt werden
(uneingeschränkte Nutzung bzw. geringfügige bis mäßige Einschränkungen bei der
Nutzung). Im Falle einer Teilsubstitution des Trinkwassers durch Salzwasser würde
der
Salzgehalt
des
gereinigten
Abwassers
über
den
Grenzwert
für
eine
uneingeschränkte Nutzung steigen (Uneingeschränkte Nutzung von gereinigtem
Abwasser bei einer elektrischen Leitfähigkeit geringer als 0,7 dS/m bzw. 700 µS/cm).
Eine konventionelle Kläranlage kann kein Salz eliminieren, dies ist nur über
Spezialverfahren möglich (wie beispielsweise Osmose in Entsalzungsanlagen). Somit
würde die Zugabe von Brack- oder Meerwasser eine aufwändige Entsalzung des
Abwassers erforderlich machen, was den Kostenersparnissen aus der Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser für Bewässerungszwecke widerspricht. Die
Versuchsreihe wurde dementsprechend nicht durchgeführt.
Die oben genannten Gründe haben dazu geführt, dass die Versuchsreihe „Abwasser“
über den gesamten anberaumten Zeitraum (vgl. Zeitplan in Anlage 2) durchgeführt
Prack Consult GmbH
18.04.2008
werden
musste.
Versuchsreihe
Der
Arbeits-
„Abwasser“
Schlussbericht
02WA0597
29
und
Betreuungsaufwand
kompensiert
die
für
die
reduzierten
verlängerte
Versuchsreihen
„Fäkalschlamm“ und „Brackwasser“, da die erheblichen qualitativen Schwankungen
im Zufluss der Pilotkläranlage zu einem erheblichen Arbeitsmehraufwand (Einstellung
der Pilotanlage, Betreuung und Analytik mit Auswertung) geführt haben.
2.1.2.5 Betrieb der Pilot-KSVE
Im Zeitraum der Inbetriebnahme der CKA (Ende 2006 – Mitte 2007) war noch kein
Überschussschlamm vorhanden, so dass die Bewässerung der Pilot-KSVE 1 - 2 Mal
wöchentlich durch das Einstauen von gereinigtem Abwasser aus der CKA erfolgte
(vgl. Abbildung 12). In diesem Zeitraum wurde das Augenmerk auf die Entwicklung
der Pflanzen gelegt (vgl. Abbildung 14 und Abbildung 15).
Da das Schlammvolumen in der CKA sich nur langsam aufbaute, war ein
kontinuierlicher
Abzug
von
Überschussschlamm
aus
der
Belebung
(Regelbeschickung) nicht möglich. Die Pilot-KSVE wurde entsprechend punktuell mit
Belebtschlamm beschickt (vgl. Abbildung 13).
Abbildung 12: Einstau der PilotKSVE mit gereinigtem Abwasser
aus der CKA
Abbildung 13:
Beschickung der
Pilot-KSVE mit Belebtschlamm aus der
CKA
Die Schilfpflanzen in der Pilot-KSVE entwickelten sich sehr gut. Sie sind im Frühjahr /
Sommer
2007
bereits
etwa
60 - 80 cm
hoch,
erreichten
im
Herbst
2007
durchschnittliche Höhen von 90-120 cm (Einzelpflanzen auch deutlich höher, vgl.
Abbildung 14) und wachsen sehr dicht (Vermehrung des Schilfbestandes über
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Schlussbericht
02WA0597
30
Adventivwurzeln und Rhizome, vgl. Abbildung 15). Durch das vorherrschende Klima
gibt es keine Vegetationsperioden, die Pflanzen sind ganzjährig immergrün.
Abbildung 14: Schilfbewuchs in der
Abbildung 15:
Pilot-KSVE im Juli 2007
Schilfbestandes über Adventivwurzeln
Vermehrung des
und Rhizome
Eine detaillierte Dokumentation der Pilot-KSVE befindet sich in Anlage 12 bis 14.
Die Überschussschlammbildung hat sich zum Jahreswechsel 2007/2008 insofern
erhöht, dass mit der Regelbeschickung der KSVE-Anlage ab Januar/Februar 2008
begonnen werden kann. Prack Consult wird dies auf eigene Kosten auch nach
Beendigung des hier vorliegenden Projekts vornehmen. Ergebnisse hinsichtlich der
Entwässerungsleistung oder des KSVE-Produkts liegen dementsprechend noch
keine vor und sind erst im 2. Halbjahr 2008 zu erwarten.
2.1.3
Auswertung der Ergebnisse
Die Ergebnisse des Pilotversuches lassen sich in zwei Kategorien einordnen:
-
Physikalische Messergebnisse (z.B. Schlammvolumen, Sichttiefe)
(vgl. Anlage 15)
-
Chemische Messergebnisse (z.B. CSB, BSB, NH4)
(vgl. Anlage 16)
2.1.3.1 Physikalische Messergebnisse
Zur Beurteilung der Funktionstüchtigkeit der CKA und der Reinigungsleistung wurden
dem Vor-Ort-Personal einfache Methoden zur Observierung der Anlage übertragen:
Um
das
Absetzverhalten
in
der
Nachklärung
und
somit
indirekt
die
Reinigungsleistung der CKA ohne technischen Aufwand grob und schnell zu
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18.04.2008
31
Schlussbericht
02WA0597
beurteilen, diente die regelmäßige Sichtkontrolle des CKA-Ablaufs: Das gereinigte
Abwasser im Ablauf der CKA ist klar, gelb-grün und weist keinerlei optische
feststoffförmige Verschmutzungen auf (vgl. Abbildung 16).
Abbildung 16: Ablauf aus der CKA
Als einfaches Hilfsmittel zur Beurteilung der Reinigungsleistung der CKA kann zudem
die Sichttiefe in der Nachklärung herangezogen werden. Abbildung 17 zeigt die
Entwicklung der Sichttiefe im Nachklärbecken der CKA über den bisherigen
Untersuchungszeitraum. Als „gute“ Sichttiefe gelten >25 cm.
Eine Verschlechterung der Sichttiefe, d. h. Trübung des Wassers, bedeutet ein
schlechtes Absetzverhalten bzw. Ausschwemmung von Schlammflocken aus der
Belebung (evtl. Bläh- und Schwimmschlamm).
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Schlussbericht
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32
Sichttiefe
[cm]
Sichttiefe [cm]
35
30
25
20
15
10
18.11.2007
11.11.2007
04.11.2007
28.10.2007
21.10.2007
14.10.2007
07.10.2007
30.09.2007
23.09.2007
16.09.2007
09.09.2007
02.09.2007
26.08.2007
19.08.2007
12.08.2007
05.08.2007
29.07.2007
22.07.2007
15.07.2007
08.07.2007
01.07.2007
24.06.2007
17.06.2007
10.06.2007
03.06.2007
27.05.2007
20.05.2007
13.05.2007
06.05.2007
29.04.2007
22.04.2007
15.04.2007
08.04.2007
01.04.2007
25.03.2007
18.03.2007
11.03.2007
04.03.2007
25.02.2007
18.02.2007
11.02.2007
04.02.2007
28.01.2007
21.01.2007
14.01.2007
07.01.2007
31.12.2006
24.12.2006
17.12.2006
10.12.2006
03.12.2006
26.11.2006
19.11.2006
12.11.2006
05.11.2006
29.10.2006
0
22.10.2006
5
Abbildung 17: Entwicklung der Sichttiefe in Nachklärung der CKA
Ziel ist es, eine große Sichttiefe zu erreichen. Diese deutet auf einen gut absetzbaren
Schlamm hin, der im Klärzyklus verbleibt und nicht gemeinsam mit dem gereinigten
Abwasser ausgetragen wird.
Das Schlammvolumen in der Belebung der CKA ist das Maß für die Entwicklung und
den Aufbau des Belebtbakterienstamms und entscheidend für den Abzug von
Überschussschlamm und somit für die Beschickung der Pilot-KSVE. Abbildung 18
zeigt die Entwicklung des Schlammvolumens über den bisherigen Untersuchungszeitraum.
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Schlussbericht
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33
Entwicklung des Belebt-Schlammvolumens [ml/l]
Okt. 2006 - Febr. 2008
[ml/l]
800
Schlammenge ml/l
Einfahren
der Anlage
700
Regelbetrieb
der Anlage
600
500
400
Anlage erholt sich wieder /
Biologie baut sich wieder auf
O2 / Gebläseprobleme
300
Anlage stabil
Zulaufprobleme /
Steuerung Pumpe
defekt
Stromversorgungsproblem
200
Zulaufschwankungen
Zulauf toxisch:
Biologie "tot"
Biologie "tot"
2006
2007
9. KW 08
8. KW 08
10. KW 08
7. KW 08
6. KW 08
5. KW 08
4. KW 08
3. KW 08
2. KW 08
1. KW 08
52. KW 07
51. KW 07
50. KW 07
49. KW 07
48. KW 07
47. KW 07
46. KW 07
45. KW 07
44. KW 07
43. KW 07
42. KW 07
41. KW 07
40. KW 07
39. KW 07
38. KW 07
37. KW 07
36. KW 07
35. KW 07
34. KW 07
33. KW 07
32. KW 07
31. KW 07
30. KW 07
29. KW 07
28. KW 07
27. KW 07
26. KW 07
25. KW 07
24. KW 07
23. KW 07
22. KW 07
21. KW 07
20. KW 07
19. KW 07
18. KW 07
17. KW 07
16. KW 07
15. KW 07
14. KW 07
13. KW 07
12. KW 07
9. KW 07
11. KW 07
8. KW 07
10. KW 07
7. KW 07
6. KW 07
5. KW 07
4. KW 07
3. KW 07
2. KW 07
1. KW 07
52. KW 06
51. KW 06
50. KW 06
49. KW 06
48. KW 06
47. KW 06
46. KW 06
45. KW 06
44. KW 06
43. KW 06
0
42. KW 06
100
2008
Abbildung 18: Entwicklung des Schlammvolumens in der CKA
Die bis ca. Mitte 2007 sehr geringe Schlammproduktion während der Einfahrphase
(Schlammvolumenmessung ergab Werte von nur 50 bis 100 mg/l) ist auf die in
Kapitel 2.1.2.2 beschriebenen Störungen zurückzuführen. Seit Juli 2007 lief die
Anlage stabil, das Schlammvolumen stieg konstant an. Im Oktober 2007 kam es
erneut zu einem kleinen „Zusammenbruch“ der Biologie und somit zu einem Einbruch
des Schlammvolumens. Ursache hierfür waren toxische Stoffe im Zulauf, die aber
schnell bemerkt wurden. Die CKA regulierte sich jedoch von selbst, so dass auch das
Schlammvolumen seither permanent ansteigt (vgl. Abbildung 18).
In Abbildung 19 wird der Zusammenhang zwischen Schlammvolumen und Sichttiefe
dargestellt. Es zeigt sich, dass mit steigendem Schlammvolumen auch die Sichttiefe
in der Nachklärung zunimmt.
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34
Schlammvolumen [ml]
Sichttiefe [cm]
Schlammvolumen und Sichttiefe
[ml]
[cm]
35
300
30
250
25
200
20
150
15
100
10
50
18.11.2007
11.11.2007
04.11.2007
28.10.2007
21.10.2007
14.10.2007
07.10.2007
30.09.2007
23.09.2007
16.09.2007
09.09.2007
02.09.2007
26.08.2007
19.08.2007
12.08.2007
05.08.2007
29.07.2007
22.07.2007
15.07.2007
08.07.2007
01.07.2007
24.06.2007
17.06.2007
10.06.2007
03.06.2007
27.05.2007
20.05.2007
13.05.2007
06.05.2007
29.04.2007
22.04.2007
15.04.2007
08.04.2007
01.04.2007
25.03.2007
18.03.2007
11.03.2007
04.03.2007
25.02.2007
18.02.2007
11.02.2007
04.02.2007
28.01.2007
21.01.2007
14.01.2007
07.01.2007
31.12.2006
24.12.2006
17.12.2006
10.12.2006
03.12.2006
26.11.2006
19.11.2006
12.11.2006
05.11.2006
29.10.2006
22.10.2006
0
5
0
Abbildung 19: Entwicklung von Schlammvolumen + Sichttiefe in der CKA
2.1.3.2 Chemische Messergebnisse
Die Analysen des Zulaufs und des Ablaufs der CKA über den Zeitraum November
2006 bis Dezember 2007 ergeben die in Tabelle 3 dargestellten Qualitätsspannen.
Stellt man die Ablaufqualität ins Verhältnis zur Zulaufqualität, so ergeben sich die
dargestellten Reinigungsgrade der CKA für die Parameter CSB und BSB5.
Zulauf
Ablauf
Reinigungsgrad
CSB
[mg O2/l]
374 – 780
15 – 180
[%]
62,8 – 96,0
BSB5
[mg O2/l]
110 – 360
3,5 – 13
[%]
89,1 – 98,3
Tabelle 3:
Abwasserqualität (Zulauf und Ablauf) sowie Reinigungsgrad der CKA
bezogen auf die Parameter CSB und BSB5 (Nov. 06 – Dez. 07)
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35
Die Pilot-KA in Murdeira hat (unter deutschen „Standardbedingungen) eine
Ausbaugröße von 102 EW bezogen auf die zu behandelnde Schmutzfracht. Für
Kläranlagen dieser Größenklasse (GK 1, kleiner als 60 kg BSB5 (roh) / d) ist –
entsprechend der deutschen Abwasserverordnung Anhang 1) – ausschließlich eine
Reduzierung der Schmutzfracht in Bezug auf BSB5 und CSB gefordert. Entsprechend
der Verordnung sollen folgende Grenzwerte eingehalten werden:
- CSB
< 150 mg/l
- BSB5
< 40 mg/l
Im Vergleich zu deutschem „Standardabwasser“ (ATV: 150 l/d*E; 60 g BSB5/d; 120 g
CSB/d), ergibt sich für die Pilot-KA aufgrund des geringen Wasserverbrauchs (bei
gleicher Tagesfracht), d. h. für einen CV-Einwohner, folgender Ansatz:
-
100 l /d Abwasser mit
-
60 g BSB5/d
oder 600 mg/l BSB5
-
120 g CSB/d
oder 1.200 mg/l CSB
Der Zulauf zur Pilotkläranlage in Murdeira hat eine durchschnittliche BSB5Konzentration von 140,9 mg/l (ca. 25 % eines „deutschen Standardabwasser“) und
eine durchschnittliche CSB-Konzentration von 544,7 mg/l (oder ca. 50 % des
„deutschen Standardabwassers“). Dies bedeutet, dass der Zulauf zur Kläranlage
besonders „dünn“ ist, bzw. die Anlage unterbelastet ist. Zu bemerken ist zudem ein
Ungleichgewicht
bei
der
CSB/BSB
Verteilung.
Der
CSB
(Chemischer
Sauerstoffbedarf als Maß der Gesamtverschmutzung des Abwassers) ist im
Verhältnis doppelt so hoch wie der BSB5 (Biologischer Sauerstoffbedarf in 5 Tagen
als Maß der biologisch leicht abbaubarer Substanz).
Bei einem durchschnittlichen Zulauf von 12 m³/d (über den gesamten Zeitraum) ergibt
sich für die Versuchskläranlage folgende mittlere Belastung:
- Hydraulische Belastung:
12 m³/d oder 120 EW
(die Anlage ist auf maximal 38,8 m³/d bemessen)
- Schmutzbelastung:
12 m³/d x 140,9 g/m³ =
d.h.
bei
einer
1,691 kg BSB5/d
Bemessungsgröße
von
6,12 kg BSB5/d, eine Auslastung der Anlage von
rund 28 %
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- oder in Bezug auf CSB:
12 m³/d x 544,7 g/m³ =
d.h.
bei
einer
6,537 kg CSB/d
Bemessungsgröße
von
12,24 kg CSB/d, eine Auslastung der Anlage von
rund 55 %
Dies bedeutet für die Kläranlage, als Konsequenz aus dem o.g. Ungleichgewicht,
dass das Abwasser schwerer zu reinigen sein wird als „Standard-Abwasser“ und
dass die Versuchskläranlage unterbelastet ist.
Der Parameter CSB:
Die folgende Abbildung 20 zeigt die Entwicklung des Parameters CSB im Zu- und im
Ablauf der CKA.
CSB-Gehalt
[mg O2/l]
Zulauf
Ablauf
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
KW 42
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KW 44
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KW 46
KW 47
KW 48
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KW 50
KW 51
KW 52
KW 01
KW 02
KW 03
KW 04
KW 05
KW 06
KW 07
KW 08
KW 09
KW 10
KW 11
KW 12
KW 13
KW 14
KW 15
KW 16
KW 17
KW 18
KW 19
KW 20
KW 21
KW 22
KW 23
KW 24
KW 25
KW 26
KW 27
KW 28
KW 29
KW 30
KW 31
KW 32
KW 33
KW 34
KW 35
KW 36
KW 37
KW 38
KW 39
KW 40
KW 41
KW 42
KW 43
KW 44
KW 45
KW 46
KW 47
KW 48
KW 49
KW 50
KW 51
KW 52
0
Abbildung 20: Entwicklung des CSB (Zulauf + Ablauf) über den bisherigen Untersuchungszeitraum
Die Kurvenverläufe CSB in Zu- und Ablauf zeigen eine deutliche Korrelation, steigt
der CSB-Wert im Zulauf, so ist auch im Ablauf eine Steigerung zu verzeichnen, wobei
stets eine deutliche Minderung der Werte im Ablauf (im Vergleich zum Zulauf) zu
verzeichnen ist. Dies bedeutet, dass die Abwasserqualität in der CKA in Bezug auf
den CSB-Gehalt deutlich verbessert werden konnte.
Der CSB-Wert im Ablauf betrug im Mittel 120,1 mg/l. Somit konnten die Grenzwerte
für die entsprechende Kläranlagengröße (150 mg/l bei GK1) im Mittel eingehalten
werden.
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Stellt man den CSB-Gehalt im Ablauf der CKA ins Verhältnis zum CSB-Gehalt im
Zulauf der CKA, so ergibt sich der Reinigungsgrad der CKA in Bezug auf den CSB.
Dieser
Reinigungsgrad
ist
in
Abbildung
21
über
den
bisherigen
Untersuchungszeitraum dargestellt. Der Reinigungsgrad der Versuchskläranlage in
Bezug auf CSB in dem betrachteten Zeitraum lag zwischen 70 % und 90 %, der
Mittelwert betrug 78 %.
Reinigungsgrad bezogen auf CSB
Reinigungsgrad CSB
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
KW52
KW 51
KW 50
KW47
KW 49
KW 48
KW 46
KW 45
KW 44
KW 43
KW 42
KW 41
KW 40
KW 39
KW 38
KW 37
KW 36
KW 35
KW 34
KW 33
KW 32
KW 31
KW 30
KW 29
KW 28
KW 27
KW 26
KW 25
KW 24
KW 23
KW 22
KW 21
KW 20
KW 19
KW 18
KW 17
KW 16
KW 15
KW 14
KW 13
KW 12
KW 11
KW 10
KW 09
KW 08
KW 07
KW 06
KW 05
KW 04
KW 03
KW 02
KW 01
KW 52
KW 51
KW 50
KW 49
KW 48
KW 47
KW 46
KW 45
KW 44
KW 43
KW 42
50%
Abbildung 21: Reinigungsgrad der CKA bezogen auf den CSB
Der Parameter BSB5:
Die folgende Abbildung 22 zeigt die Entwicklung des Parameters BSB5 im Zu- und im
Ablauf der CKA.
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Zulauf
Ablauf
BSB5-Gehalt
[mg O2/l]
240
200
160
120
80
40
KW 52
KW 51
KW 50
KW 49
KW 48
KW 47
KW 46
KW 45
KW 44
KW 43
KW 42
KW 41
KW 40
KW 39
KW 38
KW 37
KW 36
KW 35
KW 34
KW 33
KW 32
KW 31
KW 30
KW 29
KW 28
KW 27
KW 26
KW 25
KW 24
KW 23
KW 22
KW 21
KW 20
KW 19
KW 18
KW 17
KW 16
KW 15
KW 14
KW 13
KW 12
KW 11
KW 10
KW 09
KW 08
KW 07
KW 06
KW 05
KW 04
KW 03
KW 02
KW 01
KW 52
KW 51
KW 50
KW 49
KW 48
KW 47
KW 46
KW 45
KW 44
KW 43
KW 42
0
Abbildung 22: Entwicklung des BSB5 (Zulauf + Ablauf) über den bisherigen Untersuchungszeitraum
Die Kurvenverläufe des BSB5 in Zu- und Ablauf der Versuchskläranlage zeigen eine
weniger deutliche Korrelation als die entsprechenden CSB-Werte.
Es zeigt sich, dass die Abwasserqualität in der CKA in Bezug auf den BSB5-Gehalt
deutlich verbessert werden kann. Der BSB5-Wert im Ablauf beträgt im Mittel 9,1 mg/l.
Somit ist der Grenzwert für Kläranlage der Größenklasse 1 (GK1, BSB5 < 40 mg/l im
Ablauf) unterschritten worden. Bis auf die Einfahrphase (KW 44 u. KW 45 /2006)
lagen alle Messwerte unterhalb des Grenzwertes.
Stellt man den BSB5-Gehalt im Ablauf der CKA ins Verhältnis zum BSB5-Gehalt im
Zulauf der CKA, so ergibt sich der Reinigungsgrad der CKA in Bezug auf den BSB5.
Dieser
Reinigungsgrad
ist
in
Abbildung
23
über
den
bisherigen
Untersuchungszeitraum dargestellt. Mit Ausnahme der Einfahrphase (Ausreißer Wert
mit 70 %) liegt der Reinigungsgrad der Kläranlage in Bezug auf den BSB5 bei rund
90 %.
Die Analysen für den BSB5 liegen nur bis Juli 2007 vollständig vor. Ab Juli 2007 sind
nur noch die Parameter CSB, NH4-N, NO3-N und NO2-N analysiert worden (vgl.
Anlage 16), der BSB5 wurde sporadisch gemessen.
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18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
39
Reinigungsgrad bezogen auf BSB5
Reinigungsgrad BSB5
100%
95%
90%
85%
80%
75%
70%
65%
60%
55%
KW 52
KW 51
KW 50
KW 49
KW 48
KW 47
KW 46
KW 45
KW 44
KW 43
KW 42
KW 41
KW 40
KW 39
KW 38
KW 37
KW 36
KW 35
KW 34
KW 33
KW 32
KW 31
KW 30
KW 29
KW 28
KW 27
KW 26
KW 25
KW 24
KW 23
KW 22
KW 21
KW 20
KW 19
KW 18
KW 17
KW 16
KW 15
KW 14
KW 13
KW 12
KW 11
KW 10
KW 09
KW 08
KW 07
KW 06
KW 05
KW 04
KW 03
KW 02
KW 01
KW 52
KW 51
KW 50
KW 49
KW 48
KW 47
KW 46
KW 45
KW 44
KW 43
KW 42
50%
Abbildung 23: Reinigungsgrad der CKA bezogen auf den BSB5
Das CSB/BSB5-Verhältnis:
In Abbildung 24 wird das CSB/BSB5-Verhältnis dargestellt als Ausdruck für die
Abbaubarkeit des Abwassers (je höher das Verhältnis CSB/BSB5, desto schwerer ist
das Abwasser abbaubar).
Reinigungsgrad im Verhältnis zum CSB/BSB-Verhältnis
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
20,0
15,0
10,0
5,0
CSB/BSB5 Ablauf
Reinigungs-grad
CSB [%]
Reinigungs-grad
BSB5 [%]
KW
4
KW 6
5
KW 1
0
KW 4
0
KW 9
1
KW 4
1
KW 9
2
KW 4
2
KW 9
3
KW 4
3
KW 9
4
KW 4
49
0,0
CSB/BSB5 Zulauf
Reinigungsgrad
CSB/BSB-Verhältnis
25,0
Zeit
Abbildung 24: Entwicklung der Abbaubarkeit und des CSB/BSB5-Verhältnisses
(Zulauf + Ablauf) über den bisherigen Untersuchungszeitraum
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Schlussbericht
02WA0597
40
Es zeigt sich, dass das CSB/BSB5-Verhältnis im Zulauf der Kläranlage über den
bisherigen Untersuchungszeitraum sehr ausgeglichen ist (Minimum 3,3, Maximum
5,0) und einen mittleren Wert von 3,9 beträgt. Dieser Wert liegt weit über dem
„Standard“-Wert von 2 zur Bemessung von Kläranlagen gemäß ATV. Dies bedeutet,
dass das auf der Pilotanlage zu reinigende Abwasser weit schwerer abbaubar ist als
ein „deutsches Standardabwasser“, bzw. in einem bereits teils-abgebauten Zustand
auf der Kläranlage ankommt (z.B. durch lange Retentionszeiten in der Kanalisation,
wodurch die leicht abbaubaren Verbindungen bereits oxidieren oder faulen).
Im Ablauf der Kläranlage ist das Verhältnis CSB/BSB5 entsprechend der jeweiligen
Abbaubarkeit der organischen Verbindungen höher als im Zulauf. Dieses Verhältnis
nimmt Werte zwischen 9,2 und 23,3 an, der Mittelwert beträgt 15,2. Dies bedeutet,
dass die biochemisch abbaubaren Verbindungen (als BSB5 gemessen) mindestens
doppelt (Verhältnis 9,2 im Ablauf zu 3,9 im Zulauf) und bis zu 6-fach (Verhältnis 23,3
im Ablauf zu 3,9 im Zulauf) besser abgebaut werden als die chemisch abbaubaren
Verbindungen.
Eine Korrelation zwischen dem Abbaugrad der CSB und der BSB5-Verbindungen ist
jedoch nicht gegeben.
Stickstoff-Verbindungen:
Stickstoff ist als Schadstoff für aquatische Lebensräume grundsätzlich aus dem
Abwasser zu entfernen. Für Kläranlagen der Größenklasse I (< 60 kg BSB5/d oder
< 1.000 EW) ist in der Bundesrepublik Deutschland kein Nachweis der Elimination
gefordert. Erst für Kläranlagen der Größenklasse III (> 300 kg BSB5/d oder
> 5.000 EW) ist der Grenzwert von 10 mg/l NH4-N und 18 mg/l anorg. N (d.h. NH4-N +
NO2-N + NO3-N) einzuhalten.
Die Versuchskläranlage ist eine biologische Kläranlage (Belebungsanlage) mit
intermittierender
Belüftung.
Dies
Bedeutet,
dass
die
Anlage
für
die
Stickstoffelimination ausgerichtet ist, bzw. eingestellt werden kann. Der Stickstoff wird
über Nitrifikation (oxisch, d.h. unter Sauerstoffzufuhr) und Denitrifikation (anoxisch,
d.h. ohne Sauerstoff) im Belebungsbecken eliminiert. Des Weiteren wird ein Teil des
Stickstoffes zum Aufbau der Biomasse (d.h. des Belebtschlammes) genutzt und
letztendlich als Überschussschlamm aus der Kläranlage abgezogen.
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Schlussbericht
02WA0597
41
Die nachfolgende Abbildung zeigt die Entwicklung der Zu- und Ablaufwerte für
Ammonium-Stickstoff.
N H 4 - G ehalt
Zulauf
Ablauf
[ mg / l ]
100, 0
90, 0
80, 0
70, 0
60, 0
50, 0
40, 0
30, 0
20, 0
10, 0
0, 0
Abbildung 25: Ammonium-Stickstoff (NH4-N) in Zu- und Ablauf der CKA über den
bisherigen Untersuchungszeitraum
Es ist hierbei zu bemerken, dass der – für Kläranlagen höherer Größenklassen
gültige – Grenzwert von 10 mg/l NH4-N Ammonium Stickstoff nur selten eingehalten
werden kann. Der Ammonium-Stickstoff-Ablaufwert bewegt sich jedoch im Bereich
unter 20 mg/l wenn der Abbaugrad für BSB5 und CSB hoch ist, bzw. die Anlage stabil
läuft.
Für die zu planende Großkläranlage bedeutet es, dass ein stabiler Abbau der
organischen Verbindungen (gemessen als BSB5 oder CSB) zu einem besseren
Abbau der Stickstoffverbindungen führt. Hierfür ist eine gezielte Steuerung der
Nitrifikation
und
Denitrifikation
(durch
Einhaltung
von
Sauerstoffreiche
und
Sauerstofflose Zeiträume) erforderlich.
2.1.3.3 Versuchsreihe Fäkalschlammzugabe
Die Versuchsreihe „Fäkalschlammzugabe“ konnte nicht in dem geplanten Maße
durchgeführt werden. Aufgrund fehlender Fäkalschlammmengen und logistischer
Probleme
(Transport)
wurde
erst
ab
November
2007
Fäkalschlamm
zur
Mitbehandlung in die Versuchskläranlage gegeben.
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02WA0597
42
Die Analytik des Fäkalschlammes (im Vergleich zum Abwasser) zeigt folgende
Ergebnisse:
Parameter
Einheit
Fäkalschlamm
Abwasser zur
zur CKA
CKA
(Mittelwert)
(Mittelwert)
CSB
[mg/l]
500
544,7
BSB5
[mg/l]
165
140,9
NH4-N
[mg/l]
95
65,5
PO4-P
[mg/l]
13,85
9,3
Tabelle 4:
Fäkalschlammqualität im Vergleich zum Abwasser
Die obige Tabelle zeigt, dass der angelieferte Fäkalschlamm in Bezug auf BSB5 und
CSB sich nur unwesentlich vom Abwasser unterscheidet. Der CSB-Wert liegt mit
500 mg/l unterhalb des Mittelwertes des Abwassers (544,7 mg/l), dafür liegt der BSB5
mit 165 mg/l unterhalb des Abwassermittelwertes von 140,9 mg/l BSB5. Dieses lässt
vermuten, dass es sich nicht um Fäkalschlamm handelt, der über Monate
zwischengelagert wurde, sondern um in einer Grube oder Kleinkläranlage frisch
gesammeltes Abwasser. Die Reinigungsergebnisse waren in dieser Versuchsphase
gut, was auf dem zu diesem Zeitpunkt stabilen Betrieb der CKA zurückzuführen ist,
wobei der Einfluß der Fäkalschlammzugabe als geringfügig zu bewerten ist.
Aussagekräftige Ergebnisse wären nur durch die Zugabe von „altem“ Fäkalschlamm
zu erreichen, der während der Versuchsdurchführung nicht verfügbar war.
2.2
Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser (Wastewater Reuse)
Die
Aufstockung
„Wiederverwendung
von
gereinigtem
Abwasser
zu
Bewässerungszwecken in ariden Gebieten am Beispiel der Insel Sal / Cabo Verde”
erwies sich während der Projektbearbeitung als notwendig, um die Wirtschaftlichkeit
dieses Abwassermanagementsystems zu gewährleisten. Mit Hilfe des gesicherten
Verkaufs des gereinigten Abwassers an Plantagen (Food / Non-food) und Golfplätze
sowie durch einen sozialverträglichen Abwassertarif sollen die laufenden Kosten
(Kapital- und Betriebskosten) des Abwassermanagementsystems der Insel Sal
mindestens gedeckt werden (Vollkostendeckung).
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2.2.1
Schlussbericht
02WA0597
43
Bestandaufnahme / Grundlagenermittlung
Ziel der Wastewater Reuse Studie war es, die angespannte Trinkwasser/Abwassersituation auf Sal zu verbessern.
Aus diesem Grunde wurden zunächst die existierenden Probleme (mangelhafte
Abwasserentsorgung,
teuer
produziertes
Trinkwasser,
hoher
Bewässerungs-
wasserbedarf) beschrieben und die bei der Lösung zu berücksichtigenden
Rahmenbedingungen
(klimatische,
geologische,
ökologische
und
rechtliche)
aufgeführt. Von besonderer Bedeutung waren hierbei die WHO und die FAO
Richtlinien, in denen die mikrobiologischen und die physikalischen Anforderungen
beschrieben werden, die an gereinigtes Abwasser gestellt werden, wenn dieses zur
Bewässerung von Food und Non-food Produkten und von Golfplätzen eingesetzt
werden soll.
Zur Verdeutlichung wurden die bereits existierenden Bewässerungs- bzw. ReuseSysteme auf der Insel Sal bzw. in Cabo Verde angeführt. Hierbei handelt es sich
einerseits um die Bewässerung landwirtschaftlicher Erzeugnisse auf Plantagen und
andererseits um die Bewässerung von Grünflächen (Hotels, Internationaler
Flughafen, TURIM).
Als Analogievergleich zu Sal / Cabo Verde wurd zudem ein seit mehr als zehn Jahren
erfolgreich funktionierendes Reuse-System auf Teneriffa/Kanarische Inseln beschrieben, in dem zum einen Plantagen (Bananen, Geranien) und zum anderen Golfplätze
bewässert werden und das als Vorlage für das auf Sal einzuführende Reuse-System
dienen kann.
2.2.2
Technisches Leistungskonzept
In Paket 2 (technisches Leistungskonzept) wurden zunächst die allgemeinen
Einsatzmöglichkeiten der Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser ausführlich
erläutert. Für die unterschiedlichen Anwendungsbeispiele (landwirtschaftliche,
städtische und industrielle Wiederverwendung sowie Wiederverwendung auf
Erholungsflächen
und
künstliche
Grundwasseranreicherung)
wurden
mikrobiologische und physikalische Qualitätskriterien angeführt. In Hinblick auf die
Aufgabenstellung wurde die landwirtschaftliche Wiederverwendung ausführlicher
beschrieben. Hierzu wurden konkrete Anwendungsbeispiele (Teneriffa, Kalifornien,
Brasilien, Japan) aufgeführt und für Sal bzw. für die Republik Cabo Verde Qualitätsanforderungen an das gereinigte Abwasser zur Bewässerung vorgeschlagen.
Aufgrund der sehr guten Übertragbarkeit (geographische Nähe, gleiche geologische
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02WA0597
44
Struktur, ähnliches Klima) wurden hierbei die Qualitätskriterien für die Wiederverwendung von gereinigtem Abwasser auf Teneriffa zugrunde gelegt.
Außerdem wurden die unterschiedlichen Bewässerungsverfahren (Oberflächenbewässerung, künstliche Beregnung, Tropfbewässerung, hydroponische Systeme)
vorgestellt und hinsichtlich Kosten und technischer Ausführung verglichen. Als
Ergebnis lässt sich festhalten, dass für den betrachteten Fall die Tropfbewässerung
und hydroponische Systeme als optimale Bewässerungsverfahren anzusehen sind.
Die Abschätzung der zur Verfügung stehenden Abwassermengen und der damit
bewässerbaren Flächen auf der Insel Sal zeigte, dass sich je nach betrachtetem
Szenario
(pessimistisch,
realistisch,
optimistisch)
für
das
Jahr
2010
eine
bewässerbare Fläche von 5,6-10,4 ha ergibt. Bis zum Jahr 2030 erhöht sich diese
Fläche auf bis zu 18 ha.
Die Bewertung des Düngeäquivalentes des Rohabwassers und des gereinigten
Abwassers ergab weder eine Restriktion hinsichtlich des Schadstoffpotenzials durch
Schwermetalle
noch
Nutzungseinschränkungen
hinsichtlich
der
Nährstoff-
konzentrationen.
Die Ermittlung des Wasserbedarfs von Kulturpflanzen sowie der kulturspezifischen
Nährstoffansprüche diente der Bestimmung, welche Marktfrüchte am besten
angepflanzt werden sollten. Hierbei wurde auch die Versalzungsproblematik bei der
Bewässerung
mit
gereinigtem
Abwasser
diskutiert.
Das
Ergebnis
dieser
Untersuchungen war, dass aufgrund der günstigen klimatischen Bedingungen bei
entsprechender Bewässerung nahezu alle Kulturen angepflanzt werden können und
sich die Kulturauswahl deshalb eher über den Marktpreis bzw. die Nachfrage
definieren sollte. Da sie bereits erfolgreich auf Cabo Verde produziert werden,
empfiehlt sich auch weiterhin die Produktion von Tomaten, Paprika, Gurken und
Salat. Die erzielbaren Erträge können je nach Pflanzenart bei mehr als 100 t/ha
liegen.
Die Produktion der landwirtschaftlichen Erzeugnisse wird auf zwei Plantagen
stattfinden. Bei der technischen Beschreibung der beiden Plantagen Milot (3 ha
bereits vorhanden) und Terra Boa (geplant) wurde die Lage der Plantagen mit ihrer
Infrastruktur, Ausstattung, der genauen Anordnung und der Funktionsweise
beschrieben, wodurch die Funktionsfähigkeit des Reuse-Systems dargelegt wurde.
Mit Hilfe einer Umweltverträglichkeitsbetrachtung wurden die Einwirkungen auf u.a.
Fauna und Flora sowie Boden und Untergrund dargestellt. Das Ergebnis dieser
Betrachtung war, dass der Einsatz von gereinigtem Abwasser keine gravierenden
Einwirkungen verursacht und gegenüber dem Status-quo-Zustand (unzureichende
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18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
45
Abwasserreinigung und Verschwendung von Trinkwasser zur Bewässerung) nicht
nachteilig ist.
Abgeschlossen wurde das technische Leistungskonzept mit einer Marktanalyse für
den Verkauf von gereinigtem Abwasser. Die Bestandsaufnahme der derzeitigen
Situation zeigte, dass mit der existierenden Plantage Milot, den vorhandenen Hotels
sowie der ASA bereits Einrichtungen mit einem hohen Wasserverbrauch vorhanden
sind. Die Analyse des potentiellen Absatzmarktes für gereinigtes Abwasser
verdeutlichte, dass durch die Errichtung weiterer Plantagen oder den Bau eines
Golfplatzes eine ausreichende Nachfrage für gereinigtes Abwasser erzeugt werden
könnte und das Bestehen des Reuse-Systems somit gesichert wäre.
2.2.3
Finanzanalyse und Cash-Flow Analyse
Die finanzielle Analyse – zeigte, dass bei den angenommen Abwassertarife (gemäß
F+E-Studie
02WAO597)
der
Verkauf
von
gereinigtem
Abwasser
für
Bewässerungszecke zur Finanzierung des Projektes erforderlich ist. Insbesondere
vor dem Hintergrund der Akzeptanz des Projektes durch die Bevölkerung – durch
Einhaltung von sozial-verträglichen und akzeptablen Abwassergebühren – ist der
Verkauf von gereinigtem Abwasser zu einem Preis von mindestens 2,50 €/m³
notwendig. Ein hoher Anschlussgrad der Bevölkerung sollte so schnell wie möglich
erreicht werden, so dass größere Abwassermengen produziert werden.
Die Risiko- und Sensitivitätsanalyse zeigte, dass die aufgeführten Probleme zu einer
Verschiebung der Zeitachse des Projektes führen können, d.h. die Implementierung
des Projektes bzw. seiner Ausbaustufen findet früher oder später statt. Dies hat
jedoch keinen wesentlichen Einfluss auf das Projekt selbst. Wichtig für das Projekt ist,
dass mit Inbetriebnahme des 1. Bauabschnitts des WWMS Espargos mindestens die
im optimistischen Szenario angenommenen Abwassermengen die Kläranlage
erreichen und für das gereinigte Abwasser Abnehmer vorhanden sind, so dass die
Finanzierung gesichert werden kann.
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Schlussbericht
02WA0597
46
3.
VORAUSSICHTLICHER NUTZEN
3.1
Verwertbarkeit der Ergebnisse im Sinne des Verwertungsplans
3.1.1
Erfindungen / Schutzrechtsanmeldungen
Im Berichtzeitraum sind keine Patente oder sonstigen Schutzrechtsanmeldungen
durchgeführt worden.
Prack Consult beabsichtigt, die sich aus Phase 2 (Pilotversuch) ergebenden
Innovationsergebnisse (z.B. die entwickelte Technik) patentrechtlich bzw. als
Gebrauchswarenschutz schützen zu lassen und auf andere aride Standorte zu
übertragen.
3.1.2
Wirtschaftliche / wissenschaftliche / technische Erfolgsaussichten nach
Projektende
3.1.2.1 Vorteile gegenüber Konkurrenzlösungen
•
Beitrag zum Wirtschaftswachstum, Verbesserung der touristischen Attraktivität
der Insel, Verbesserung der Lebensqualität der Bevölkerung
•
Beitrag zur Reduzierung der wasserbezogenen Gesundheitsgefährdung der
Bevölkerung durch Verbesserung der Basisinfrastruktur
•
Beitrag zum Schutz der Umwelt durch Reduzierung des Trinkwasserverbrauches
(gereinigtes Schmutzwasser wird für Bewässerungszwecke genutzt, bislang
diente dazu teures Trinkwasser aus Entsalzungsanlagen)
•
Einsparung von Energie durch Reduzierung des Trinkwasserverbrauchs (weniger
Primärenergieverbrauch (Energie / Öl) für Entsalzungsanlagen) und damit ein
Beitrag zum Kyoto-Protokoll
•
Entwicklung einer auf den Standort angepassten und im Testversuch erfolgreich
erprobten modular erweiterbaren biologischen Kläranlage als ContainerKläranlagensystem (Sandwich-Bauweise).
•
Die Klärschlammvererdung (KSVE) stellt eine wirtschaftliche und ökologisch
sinnvolle
Lösung
zur
Klärschlammentwässerung
und
weitergehenden
Mineralisierung dar (Nutzung erneuerbarer Energien - Sonne, Wind, Pflanzen).
Daher bietet es sich an, dieses kostengünstige und effiziente Low-TechVerfahren auf Cabo Verde zu übertragen und anzuwenden. Die Alternative dazu,
die maschinelle Entwässerung, ist ein Hochtechnologieverfahren mit hohem
Energie- und Polymerverbrauch sowie hohen Betriebs- und Unterhaltungskosten.
Prack Consult GmbH
18.04.2008
•
Schlussbericht
02WA0597
47
Die Insel Sal wird durch die Umsetzung des erarbeiteten Abwassermanagementkonzepts zur Modellregion für aride Gebiete.
3.1.2.2 Wirtschaftliche Erfolgsaussichten / Nutzen deutscher Industrie
Pilotanlage:
Die Pilotanlage zur Abwasser- und Klärschlammbehandlung dient einerseits zur
Entwicklung eines Behandlungsverfahrens, das an die örtlichen Gegebenheiten auf
Sal angepasst wurde, andererseits aber auch als Referenzanlage zum Nachweis der
Kompetenz
deutscher
Unternehmen
auf
dem
Gebiet
der
Abwasser-
und
Schlammbehandlung unter erschwerten Bedingungen. Dadurch kann eine deutliche
Verbesserung der Wettbewerbsposition deutscher Unternehmen erwartet werden.
Die Ergebnisse aus dem Betrieb der Pilot-Kläranlage werden für die Planung, den
Bau und den Betrieb der großmaßstäblichen Kläranlage Espargos herangezogen.
Im Hinblick auf die Exportorientierung des deutschen Mittelstandes wurden die
Containerkläranlage sowie die für die Pilot-KSVE erforderlichen technischen
Komponenten in Deutschland hergestellt und exportiert:
-
Container
-
Pumpen und sonstige Maschinentechnik
-
Elektrotechnik / Schaltschränke / Schaltanlagen
-
Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik
Dadurch wurde der Nutzen deutscher Industrie gefördert durch:
-
Kooperation
deutscher
Unternehmen
mit
Kapverdischen
Partnern /
Behörden
-
Festigung deutschen Know-hows im afrikanischen Raum
Modular erweiterbare Container-Kläranlagen-Systeme (CKA-Systeme):
Durch den Betrieb der Pilotanlage in Murdeira, Insel Sal / Cabo Verde ist es Prack
Consult gelungen, mit den damit verbundenen Erfahrungen und Ergebnissen ein
modular erweiterbares Container-Kläranlagen-System - speziell angepasst und
erprobt in der Zielregion und somit repräsentativ für aride Gebiete - zu entwickeln.
Dieses CKA-System kann in Ausbaugrößen zwischen 50 EW bis hin zu 1.500 EW
hergestellt (Vorfertigung in BRD) und exportiert werden. Prack Consult liegen
diesbezüglich Anfragen diverser Hotelinvestoren (z. B. in Pedra de Lume, in Santa
Maria sowie auf der Insel Boa Vista) vor (Stand Frühjahr 2008). Dies ist eindeutig als
Erfolg des durchgeführten F+E-Projektes zu werten.
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Schlussbericht
02WA0597
48
3.1.2.3 Rückübertragung der KSVE-Ergebnisse nach Mitteleuropa
Die Übertragung der Klärschlammvererdung an einen trockenen, heißen Standort
(Sal) befördert die Klärschlammvererdung in eine Region, in der die Pflanzen
gegenüber den Bedingungen in Mitteleuropa stärker wachsen und damit die von
Pflanzen erzielbaren Umsatzraten sowohl hinsichtlich des Stoffwechsels als auch
hinsichtlich der Evapotranspiration deutlich stärker sind als in Mitteleuropa. Die unter
diesen positiven Bedingungen gewonnenen Erkenntnisse werden auf mitteleuropäische Verhältnisse rückübertragen und auch für Planung und Betrieb
inländischer Anlagen verwendet. In gleicher Weise werden die auf der Insel Sal /
Cabo Verde gewonnenen Ergebnisse auf andere aride Gebiete des afrikanischen
Raums übertragen werden.
3.1.2.4 Verwertungshorizont / Transfer
Kurz- bis mittelfristig sollen die Erkenntnisse aus dem F+E-Vorhaben, d.h. das
entwickelte Konzept (modulare Kläranlagen und KSVE-Anlage) inklusive Technik, der
Verbreitung in weiteren ariden Gebieten wie z.B. Sahel-Zone, Namibia, NahostLänder, südliches Mittelmeer, Oman (wo das Forschungsprojekt bereits im Rahmen
des internationalen Workshops „Water Demand Management in Urban Areas in the
Light of Tourism Development“ am 27-28. August 2007 vorgestellt wurde) etc. dienen.
Die zu errichtende Anlage Sal wird als „Vorführanlage“ betrieben. In die Vermarktung
werden der deutsche Mittelstand (hochtechnische Komponenten wie z. B.
Elektrotechnik,
Schalt-,
Überwachung)
sowie
Mess-,
das
Regel
technische
und
Steuerungstechnik,
Know-how
(Planung,
Probenahme,
Bauleitung
und
Begleitung) eingebunden. Die beschäftigungsintensiven Arbeiten sind durch die
lokale Bevölkerung zu realisieren.
3.1.3
Wissenschaftliche und wirtschaftliche Anschlussfähigkeit
Um im Rahmen der wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Anschlussfähigkeit die
Ergebnisse des F+E-Projektes umsetzen und mittel- bis langfristig ein nachhaltiges
Wassermanagement auf Sal erfolgreich etablieren zu können, wurden bereits
folgende Maßnahmen ergriffen:
•
Tarif-Studie (F+E-Projekt 02WA0898)
Diese Untersuchung diente der Ermittlung eines sozial-gestaffelten und sozial
verträglichen Abwassertarifs, der anhand des Einkommens (low income, medium
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Schlussbericht
02WA0597
49
income, high income) die Bevölkerung, das Gewerbe bzw. die Industrie und die
Hotels (Touristen) schwächer bzw. stärker belasten soll (Sozialverträglichkeit).
Zur Sicherstellung des nachhaltigen Betriebes der Anlagen, zur Finanzierung von
Ersatz- und Erweiterungsinvestitionen, zur Vermeidung von weiterer Wasserverschwendung und zum Schutze der Ressourcen sind verbrauchsbezogene
Trinkwassergebühren unerlässlich.
•
Wastewater Reuse-Studie (Phase 2b)
Die Verwendung gereinigten Abwassers für Bewässerungszwecke ist ein
wirksames
Instrument,
den
Wasserfehlbedarf
in
Wassermangelgebieten
auszugleichen. Die WHO-Richtwerte für Abwasserwiederverwendung in der
Landwirtschaft müssen dabei eingehalten werden. Um wichtige Parameter für die
weitergehende Umsetzung des Konzepts (hier: insbesondere für den Aufbau
eines Bewässerungssystems) zu liefern, wurden u.a. folgende Aspekte
untersucht:
-
Ermittlung potentieller Abnehmer
-
Festlegung von entsprechenden Gebieten / Flächen
-
Technisches Konzept Bewässerungssystem
Die Ergebnisse der Reuse-Studie befinden sich in Anlage 17.
Um die wissenschaftlichen und wirtschaftlichen Anschlussfähigkeit auch über den
Bewilligungszeitraum hinaus zu gewährleisten, sind über den Berichtzeitraum hinaus
folgende Maßnahmen geplant:
•
Workshops
Parallel zur Realisierung des dezentralen Abwassermanagementkonzepts soll
mit Hilfe mehrerer Workshops ein Aufklärungs- und Informationsprogramm
sowohl für Entscheidungsträger (Finanzen / Investitionen) als auch für die
Bevölkerung durchgeführt werden. Dieses Veranstaltungsprogramm soll vor
allem die Öffentlichkeit für einen schonenden Umgang mit der Ressource
Trinkwasser sensibilisieren und die Vorteile der zukünftigen Abwasserbehandlung sowie der Wiederverwendung des gereinigten Abwassers für
Bewässerungszwecke aufzeigen. Hauptziel des Programms ist die Mobilisierung
der Akzeptanz hinsichtlich des Abwasserkonzepts („willingness to pay“) und die
damit verbundene Einführung eines sozial-gestaffelten und sozial verträglichen
Tarifsystems.
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18.04.2008
•
Schlussbericht
02WA0597
50
Deutsches Know-how
Prinzipiell wird über die Ergebnisse des vorliegenden F+E-Projekts hinaus die
wissenschaftlich-wirtschaftliche
Anschlussfähigkeit
insofern
erwartet,
dass
dadurch der Export von deutschem Know-how gestärkt wird. Gerade hier lassen
sich „Software“ und „Hardware“ hervorragend trennen, wobei die „Software“
(Planung,
Bauleitung,
Betrieb,
wissenschaftliche
Begleitung
des
Anlagenbetriebs) und die Hardware (Installationen der Mess-, Regelungs- und
Automatisierungs- und Fördertechnik) im wesentlichen als kompakte Wissensblöcke aus Deutschland exportiert werden können, während die Bauleistungen
zu Realisierung und Betrieb der Anlage ohne Qualitätseinbußen und mit hoher
Beschäftigungsfolgewirkung im Zielland durch die ortsansässige Bevölkerung
realisiert werden können.
•
Abwasserabnehmer
Die wissenschaftlich-wirtschaftliche Anschlussfähigkeit des Projektes wird
gewährleistet durch erste Kontakte zu potentiellen Golfplatzbetreibern sowie
durch konkrete Gespräche mit und Interessensbekundungen seitens der
Plantage Milot Hydroponics. Eine detaillierte Wirtschaftlichkeitsuntersuchung für
die Plantage hinsichtlich einer zukünftigen Bewässerung mit gereinigtem
Abwasser wurde von den Betreibern der Plantage beauftragt und wurde bereits
für diese erarbeitet.
•
Lieferung von modularen CKA-Systemen nach Cabo Verde
(vgl. Kapitel 3.1.2.2)
4.
FORTSCHRITT
AUF DEM
GEBIET
DES
VORHABENS
BEI ANDEREN
STELLEN
WÄHREND
DER DURCHFÜHRUNG DES VORHABENS
Eine Literatur- und Informationsrecherche zum Stand der Technik wurde bereits zum
Zeitpunkt der Antragsstellung durchgeführt (vgl. Antrag auf Förderung, Kap. II Stand
der Wissenschaft und Technik). Diese wurde im Zuge der Überarbeitung der
Antragstellung im Februar / März 2005 nochmals um eine Recherche hinsichtlich der
Begriffe / Themengebiete ergänzt:
-
Modulare Kläranlagen
-
Fäkalschlammmitbehandlung / Behandlung von Fäkalschlämmen
-
Mitbehandlung von Meer-/ Brackwasser
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02WA0597
51
-
Betrieb von Kläranlagen an ariden Standorten
-
Klärschlammvererdungsanlagen (KSVE) an ariden Standorten
-
Nutzung von gereinigtem Abwasser für Bewässerungszwecke / Wastewater
Reuse
Im Zuge der Bearbeitung der Phasen 1 und 2 wurde erneut eine Informations- und
Internet-Recherche zur Überprüfung des Stands der Technik durchgeführt. Hierbei
wurde u. a. auf folgende Quellen zurückgegriffen:
-
www.fiz-technik.de
-
www.irb.fhg.de
-
www.fiz-karlsruhe.de
-
www.fiz-chemie.de
-
www.umweltbundesamt.de
-
www.gbi.de
-
MetaGer: http://meta.rrzn.uni-hannover.de
Ergebnis der Recherche waren zwar zusätzliche aktuelle Publikationen zu o. g.
einzelnen Themengebieten, jedoch keine relevanten Innovationen zum vorliegenden
F+E-Projekt, welches sich gerade durch die Kombination der Themengebiete
„Fäkalschlamm“ und „arider Standort“ auszeichnet: im vorliegenden Projekt gilt es die
Auswirkungen auf die Biologie (Bakterien, Reinigungsleistung) einer Kläranlage bei
Mitbehandlung von Fäkalschlamm an einem trocken heißen Standort zu untersuchen.
Des Weiteren wurde im Rahmen der Antragsstellung für die Aufstockung
„Wiederverwendung
von
gereinigtem
Abwasser
zu
Bewässerungszwecken
(wastewater reuse)“ eine weitergehende aktuelle Literatur- und Informationsrecherche durchgeführt, die den Stand der Wissenschaft und Technik durchleuchtete,
jedoch keine brauchbaren Ergebnisse bzgl. der Anwendbarkeit in der Zielregion
ergab.
Prack Consult GmbH
18.04.2008
Schlussbericht
02WA0597
52
5.
VERÖFFENTLICHUNGEN UND VORTRÄGE
5.1
Phase 1: Grundlegende Untersuchung und Konzepterstellung
Die Ergebnisse der Phase 1 wurden auf einem 2-tägigen Workshop in Espargos,
Sal / Cabo Verde am 15. und 16. Juni 2006 der Camara Municipal do Sal sowie
verschiedenen
Regierungsvertretern
präsentiert
(siehe
Dokumentation
des
Workshops in Anlage 3). Im Nachgang zum Workshop wurde der Camara eine KurzZusammenfassung in englischer Sprache mit den wichtigsten Auszügen der Phase 1
zur weiteren Entscheidungsfindung übergeben (vgl. Resumé Masterplan for
Wastewater for the Island of Sal / Cabo Verde in Anlage 9).
Ansonsten
wurden
bislang
keine
Auszüge
des
Berichts
oder
sonstige
Zwischenergebnisse veröffentlicht, die Ergebnisse dienen ausschließlich der internen
Verwendung.
5.2
Phase 2
5.2.1
Pilotversuch
Bislang wurden keine Auszüge des Berichts oder sonstige Zwischenergebnisse
veröffentlicht, die Ergebnisse dienen ausschließlich der internen Verwendung.
5.2.2
Wastewater Reuse
Am 26.03.2007 fand auf der Insel Sal ein Wastewater Reuse-Workshop statt, um der
Camara Municipal do Sal, Vertretern der Regierung Cabo Verdes sowie Vertretern
von anderen Inseln wie z.B. Boa Vista und Sao Vicente die Ergebnisse der Phase 2b:
Wastewater Reuse vorzustellen und gemeinsam zu diskutieren (vgl. Dokumentation
des Reuse-Workshops in Anlage 5).
Die Ergebnisse der Phase 2b) (Wiederverwertung von gereinigtem Abwasser für
Bewässerungszwecken) wurden auch im Rahmen des internationalen Workshop
„Water Demand Management in Urban Areas in the Light of Tourism Development“ in
Oman, am 27.-28. August 2007 vorgestellt.
Prack Consult GmbH
Heide, April 2008
Beratender Ingenieur
Prack Consult GmbH
18.04.2008

02WA0597 - Abschlussbericht - Cleaner Production Germany

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