Evaluierung und Optimierung der Wasser- und Stoffkreisläufe an der

Valley View Universität (VVU) in Accra, Ghana

Ghana

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Gunther Geller Ingenieurökologische VereinigungProf. Dr. Jutta Kerpen Hochschule RheinMain Florian Puschmann Hochschule RheinMain

Ghana

Gliederung

• Projektbeschreibung

• Evaluierung der Abwasser-Anlagen– Analysenergebnisse

• Einwohnerbezogene Nährstofffrachten

• Nährstoffanteile in den Teilströmen• Nährstoffanteile in den Teilströmen

• Zusammenfassung

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• Valley View Universität in Accra– Größte private Universität in Ghana

– > 3000 Studierende, Erhöhung auf 5000 angestrebt

Projektbeschreibung

– Campus mit Wohnheimen, Mensa, Gästehaus, Landwirtschaft (Avocado-, Mangobäume, Gerste)

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ECOLOGICAL CYCLE MANAGEMENT AT VALLEY VIEW UNIVERSITY IN ACCRA, GHANA

4

Forschungsprojekt

• gefördert durch BMBF– 1. Phase 12/2002 - 04/2004

– 2. Phase 05/2004 - 09/2009

• seit März 2010 werden die Anlagen von der VVU betriebenVVU betrieben

• Keine extern finanzierten Experten mehr vor Ort

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Abwasser- und Wasserkonzept

6

Quelle: vgl. Glücklich (2009)

Ökologische Sanitärkonzepte

• Spültrenntoiletten (Sanitäranlagen der Mensa)– Braunwasser wird anaerob behandelt

– Gelb- und Grauwasser wird zur Düngung in der Landwirtschaft eingesetzt

• Trockentrenntoiletten im Studentenwohnheim • Trockentrenntoiletten im Studentenwohnheim für Männer– Fäzes werden kompostiert

– Urin zur Düngung verwendet

• Regenwasser zur Versorgung von Toiletten und Waschmaschinen sowie nach Aufbereitung als Trinkwasser

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Evaluierung der Anlagen

• Durchführung von Analysen:– pH, Leitfähigkeit

– Nitrat, Ammonium, Nges

– Ortophosphat-P, Pges

– CSB– CSB

– Gesamtkeimzahl

– E.Coli

– Coliforme

• Überprüfung des Funktionszustandes

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Grauwasser (Frauen-Wohnheim)

• Herkunft: Duschen und BäderWaschwasser aus Handwäsche

• Behandlung: Septic Tank (3 Kammer-Absetzgrube)Verweilzeit 9 - 11 dVerweilzeit 9 - 11 d

• Nutzung Landwirtschaft

9

DrKp1

Folie 9

DrKp1 Welche Felder? Rasen direkt neben dem Wohnheim?Jutta Kerpen; 22.08.2011

Sep t i i c

Tank 10

AnalysenergebnisseGrauwasserbehandlung

Frauenwohnheim

600

800

1000

con

cetr

atio

n

[mg

/L]

COD

11

0

100

200

300

400

Influent EffluentSS

-co

nce

trat

ion

[m

g/L

]

Suspended Solids

0

200

400

600

Influent Effluent

CO

D-c

on

cetr

atio

n

[mg

/L]

Grauwasser-behandlung Einheit Zulauf

Septic TankAblauf

Septic Tank

Leitfähigkeit [µs/cm] 1123 1354

pH-Wert [-] 7,1 7

Nges [mg/L] - 65

12

NH4-N [mg/L] 34 36

PO4-P [mg/L] 5,1 6,5

E. coli [KBE/100 mL] - 1,1 · 104

Grauwasser Mensaküche

• Herkunft: Spülwasser aus der Küche

• Behandlung: FettabscheiderVerweilzeit 2 d

Septic Tank Septic Tank (3-Kammer-Absetzgrube)Verweilzeit 37 d

• Nutzung Bewässerung von Feldern

13

Fettabscheider und Septic Tank Grauwasser Mensa

14

Fettabscheider und Septic Tank

Wasserhahnhinter der

Mensa

Fett-abscheider

Fettabscheider und Septic Tank Grauwasser Mensa

15

0

200

400

600

800

Influent Effluent FS Effluent ST

SS

-co

nce

tra

tio

n [

mg

/L]

Suspended Solids

0

1500

3000

4500

6000

Influent Effluent FS Effluent STCO

D-c

on

cetr

ati

on

[m

g/L

]

COD

Grau-wasser Einheit

Zulauf Fettabschei-

der

ZulaufSepticTank

Ablauf SepticTank

Leitfähig-keit [µs/cm] 1663 2223 2290

pH-Wert [-] 5,3 6,4 6,7

Nges [mg/L] - - 49Nges [mg/L] - - 49

NH4-N [mg/L] 3 18 22

PO4-P [mg/L] 8,6 7,7 8.6

E. coli [KBE/100 mL] - - 5 · 106

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Schwarz- und Grauwasser aus dem Gästehaus

• Herkunft: Gästehaus

• Behandlung: Septic Tank (3-Kammer-Absetzgrube)Verweilzeit 60 dSand- bzw. LateritfilterSand- bzw. LateritfilterBeschickung 0,5·10-3 m/h

• Nutzung Bewässerung von Rasen/Bäumen in der Nähe des Gästehauses

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Sandfilter hinter dem Gästehaus

Sand- und Lateritfilter Vorratstank

Septic Tank und Sandfilter

19

0

400

800

1200

Influent Effluent septic tank

Effluent Laterite

Effluent RiversandC

OD

-co

nce

ntr

atio

n

[mg

/L]

COD

0

100

200

300

Influent Effluent septic tank

Effluent Laterite

Effluent Riversand

SS

-co

nce

ntr

atio

n [

mg

/L]

Suspended Solids

Schwarz- und Grauwasser Gästehaus

Grau-/Schwarz-wasser

EinheitZulauf SepticTank

Ablauf SepticTank

AblaufSand-filter

Ablauf Laterit-

filter

Leitfähig-keit [µs/cm] 1155 1513 1190 800

pH-Wert [-] 7,5 7,8 7 7,1

TSS [mg/L] 264 28 21 12

CSB [mgO2/l] 1070 92 73 40

20

Schwarz- und Grauwasser Gästehaus

Grau-/Schwarz-wasser

EinheitZulauf SepticTank

Ablauf SepticTank

AblaufSand-filter

Ablauf Laterit-

filter

Nges [mg/L] - 104 104 114

NH4-N [mg/L] - 111 21 19NH4-N [mg/L] - 111 21 19

NO3-N [mg/L] - 3 > 20 > 20

PO4-P [mg/L] - 25 12 11

E. coli [KBE/100 mL] - - - 2,3 · 104

21

Anaerobe Braunwasserbehandlung

• Herkunft: Sanitäranlage und Studenten-wohnheimoptional: Küchenabfälle

• Behandlung: Biogasanlage• Behandlung: BiogasanlageAufenthaltszeit ca. 35 dSeptic Tank (3-Kammer-Absetzgrube)

• Nutzung keine aufgrund der hohen Keimbelastung

22

Aufbau Biogasanlage

23

Biogas-Anlage

24

Biogas Anlage Einfüllschacht

25

0

1000

2000

3000

4000

Influent Effluent biogasplant

Effluent septic tank

CO

D-c

on

cen

trat

ion

[m

g/L

]

COD

0

500

1000

1500

2000

Influent Effluent biogasplant

Effluent septic tank

SS

-co

nce

ntr

atio

n [

mg

/L]

Suspended Solids

Braun-wasser

EinheitZulauf

Biogas-anlage

AblaufBiogas-anlage

Ablauf SepticTank

Leitfähig-keit

[µs/cm] 2850 2765 2630

pH-Wert [-] 7,0 6,9 7,5

Anaerobe Braunwasserbehandlung

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pH-Wert [-] 7,0 6,9 7,5

Nges [mg/L] - - 330

NH4-N [mg/L] 330 240 243

PO4-P [mg/L] 68 32 47

E. coli[KBE/

100 mL]- - 5,5 · 106

Biogasproduktion

• Biogasproduktion 1,2 m³/d– entspricht 3 % des täglichen Verbrauchs der

Mensaküche (50 m³)

– Küche nutzt das Biogas nicht, da der Druck und Volumenstrom zu niedrig ist

– Küchenabfälle werden nicht zugegeben sondern verfüttert

• Biogas/CSBabgebaut 0,22 m³/kg CSBabgebaut

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Schlussfolgerungen

• Abwasserreinigung effektiv

• Biogasproduktion zu gering

• Anschaffung eines neuen Gasbrenners, der einen Druck < 100 mbar benötigt

• Die Menge von ca. 150 kg Küchenabfällen/d • Die Menge von ca. 150 kg Küchenabfällen/d um die Gasausbeute zu verzehnfachen ist nicht möglich

• hohe Nährstoffgehalte deuten auf Urin im Braunwasser hin

• Anreicherung von Feststoffen in der Biogasanlage 28

Urin- und Gelbwasserbehandlung

• Herkunft: Trenntoiletten und wasser-lose Urinale

• Behandlung: LagerungLagerzeit unklar

• Nutzung Dünger in der Landwirtschaft• Nutzung Dünger in der Landwirtschaft

29

Urinlagerung

30

Primäre Speichertanks Sekundäre Speichertanks

Urin/Gelb-

wasser

Ein-heit

LaborversuchFeld-

messung

Frischer Urin

2 Monate gelager-ter Urin

4 Monate gelagerter

Urin

Gelb-wasser

Sekundäre Lagertanks

Versuche zur Urinlagerung

ter Urin UrinLagertanks

Leitfä-higkeit

[ms/cm]

14,3 30,0 29,3 15,4

pH-Wert [-] 7,0 8,7 8,8 9,0

CSB[mgO2/

L]- - 4880 1645

Aerobe Keimzahl

[KBE/mL]

> 10000 > 10000 - 170031

Nährstoffgehalte und Lagerung

150

200

250

300

3000

4000

5000

6000

Ort

ho

ph

osp

hat

-P [

mg

/L]

Ges

amt

[mg

/L]

Ammonium Weitere N-Verbindungen Orthophosphat

32

0

50

100

150

0

1000

2000

3000

Fri

sch

er U

rin

Gel

ager

ter

Uri

n (

2 M

on

ate)

Gel

ager

ter

Uri

n (

4 M

on

ate)

Gel

bw

asse

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(sek

un

där

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ager

tan

ks)

Ort

ho

ph

osp

hat

N-G

esam

t [m

g/L

]

Einwohnerbezogene Frachten

Typ

Volumen[L/P·d]

N-Gesamt [g/P·d]

PO4-P [g/P·d]

CSB [g/P·d]

Litera-tur

VVU

Litera-tur VVU Litera-tur VVULitera-

turVVU

Grau-

33

Grau-wasser

65 - 150 43 0,1 – 1,7 2,8 0,1 – 2,2 0,38 7 – 102 91

Braun-wasser

- 5 0,25 – 4,2 1,7 0,3 – 1,7 0,25 37 – 63 41

Urin 0,5– 2,5 1,3 3,6 - 16 6,1 0,4 – 2,5 0,37 5 – 24 6,3

Nährstoffanteile bezogen auf die Stoffströme

18 %

39 %

5 %

51 %

20 %32 %

10 %

Grauwasser Braunwasser Gelbwasser

34

77 %

22 %36 % 29 %

51 %27 %

44 %39 %

ohne Verluste

mit Verlusten

Volumen N-Gesamt Phosphat CSB

Zusammenfassung

• Feststoffabtrennung vor allem in Septic Tanks sehr gut aufgrund der langen Verweilzeiten

• Hohe Stickstoffverluste bei der Lagerung von Urin und Gelbwasser– Lagerzeiten reduzieren– Lagerzeiten reduzieren

• Biogasanlage produziert nur sehr geringe Biogasmengen, die nicht genutzt werden– Konzept überdenken

• Hohe Nährstoffgehalte in den Teilströmen– Nährstoffe im Grauwasser sollten besser genutzt

werden35

Zusammenfassung

• Instandhaltung und Wartung ist ein Problem

• Einstellung eines Ökomanagers mit den entsprechenden Kompetenzen

• Einrichtung eines ökologischen Studiengangs

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Fixing of Urine Collection Tanks

37

Biogas Plant: Fixing of Pipes

38

Wasserversorgung

• Grundwasser aus 3 Brunnen auf dem Gelände der VVU

• Regenwasser

• Öffentliches Wassernetz

• Abfüllanlage für • Abfüllanlage für „Trinkwasserbeutel“ (sachet)

39

SachetWaterWaterPro-

duction

40