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Evaluierung und Optimierung der Wasser- und Stoffkreisläufe an der
Valley View Universität (VVU) in Accra, Ghana
Ghana
1
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
2
• 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)
3
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
5
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
7
Evaluierung der Anlagen
• Durchführung von Analysen:– pH, Leitfähigkeit
– Nitrat, Ammonium, Nges
– Ortophosphat-P, Pges
– CSB– CSB
– Gesamtkeimzahl
– E.Coli
– Coliforme
• Überprüfung des Funktionszustandes
8
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
16
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
17
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
26
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
27
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
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Gel
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där
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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
36
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