Technisch-wirtschaftliche Evaluierung naturnaher Abwasserbehandlungssysteme in Nicaragua
Am Beispiel unbelüfteter Abwasserteiche, Anaerobfilter und bepflanzter Bodenfilter
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Jens Götzenberger
- Abgabedatum: Juli 2003
- Umfang: 195 Seiten
- Dateigröße: 2,2 MB
- Note: 1,0
- Institution / Hochschule: Fachhochschule Gießen-Friedberg Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-8063-9
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-8063-9 P - ISBN (CD) :978-3-8324-8063-9 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Götzenberger, Jens Juli 2003: Technisch-wirtschaftliche Evaluierung naturnaher Abwasserbehandlungssysteme in Nicaragua, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Abwasserreinigung, Pflanzenkläranlage, Entwicklungshilfe, Wasseraufbereitung, Verfahrenstechnik
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Diplomarbeit von Jens Götzenberger
Zusammenfassung:
Die im Rahmen einer Diplomarbeit angefertigte Umweltstudie zum Thema „Technisch-wirtschaftliche Evaluierung naturnaher Abwasserbehandlungssysteme in Nicaragua am Beispiel unbelüfteter Abwasserteiche, Anaerobfiltern und bepflanzter Bodenfilter“ wurde im Jahr 2002/03 in der nicaraguanischen Hauptstadt Managua angefertigt. Die dazu notwendigen technischen, physikalisch-chemischen und wirtschaftlichen Erhebungen wurden in Nicaragua vor Ort durchgeführt.
Die Untersuchungen und Erhebungen wurden in Zusammenarbeit mit dem Entwicklungshilfeprojekt „PROYECTO ASTEC - Austria“ organisiert und verwirklicht, dessen Projektträger die österreichische Bauplanungs- und Handelsgesellschaft m.b.H. „Sucher & Holzer“ ist.
Mittels der angefertigten Studie sollte ein allgemeingültiger Vergleich der drei in Nicaragua vorwiegend angewandten Verfahren zur Reinigung kommunaler Abwässer anhand von technischen und wirtschaftlichen Kriterien durchgeführt werden. Bei den drei Kläranlagentypen handelt es sich um horizontal durchströmte, bepflanzte Bodenfilter (Subsurface Flow Wetland Systems), unbelüftete Abwasserteiche und aufwärts durchströmte Anaerobfiltersysteme.
Ziel der Studie war, diese drei unterschiedlichen Abwasserklärverfahren repräsentativ untereinander zu vergleichen und herauszuarbeiten welches dieser Systeme für Nicaragua und andere Länder der zentralamerikanischen oder vergleichbaren Regionen das Beste ist. Das heißt zu bestimmen, mit welchem der Verfahren die Einhaltung der nationalen Grenzwerte bezüglich der Ablaufqualität von Kläranlagen am kostengünstigsten erreicht werden kann, was in wirtschaftsschwachen Entwicklungsländern ein wichtiges Entscheidungskriterium ist. Allerdings wurden in diese Betrachtung neben den rein technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten auch Randbedingungen wie eventuelle Umwelteinwirkungen, Systemstabilität, Wieder-verwertungspotential des Ablaufs etc. miteinbezogen.
Hierzu wurden repräsentativ vergleichbare Modelle der zu evaluierenden Reinigungssysteme entwickelt, die in der Lage sind, alle geforderten Grenzwerte sicher einzuhalten, was bei bestehenden Anlagen in der Regel nicht der Fall ist. Von diesen Modellen wurden anhand einer dynamischen Wirtschaftlichkeitsvergleichsrechnung die Gesamtkosten über die totale Anlagenlaufzeit bestimmt, um festzustellen, welches Verfahren das kostengünstigste ist.
Der Entwurf der Modellanlagen basierte auf Untersuchungen und Evaluationen von in Nicaragua existierenden Klärsystemen sowie auf Empfehlungen und Konstruktionskriterien der entsprechenden Fachliteratur.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | EINLEITUNG | 1 |
| 2. | AUFGABENSTELLUNG | 2 |
| 3. | DAS LAND NICARAGUA | 3 |
| 4. | GRUNDLAGEN DER ABWASSERREINIGUNG | 5 |
| 4.1 | PRINZIPIELLE REINIGUNGSSCHRITTE IN DER ABWASSERTECHNIK | 5 |
| 4.1.1 | REINIGUNGSSTUFE I - MECHANISCHE VORKLÄRUNG | 5 |
| 4.1.2 | REINIGUNGSSTUFE II - BIOLOGISCHE BEHANDLUNG | 7 |
| 4.1.3 | REINIGUNGSSTUFE III - WEITERGEHENDE BEHANDLUNG | 7 |
| 4.1.4 | SCHLAMMBEHANDLUNG | 8 |
| 4.2 | DEFINITION DER NATURNAHEN ABWASSERREINIGUNGSVERFAHREN | 9 |
| 5. | IN NICARAGUA ANGEWANDTE NATURNAHE VERFAHRENSVARIANTEN | 10 |
| 5.1 | ABWASSERTEICHE | 10 |
| 5.1.1 | VERFAHRENSBESCHREIBUNG | 10 |
| 5.1.2 | KLASSIFIZIERUNG VON ABWASSERTEICHEN | 13 |
| 5.2 | ANAEROBFILTER | 14 |
| 5.2.1 | VERFAHRENSBESCHREIBUNG | 14 |
| 5.3 | BEPFLANZTE BODENFILTER | 17 |
| 5.3.1 | VERFAHRENSBESCHREIBUNG | 17 |
| 5.3.2 | KLASSIFIZIERUNG VON BEPFLANZTEN BODENFILTERN | 19 |
| 6. | DYNAMISCHE WIRTSCHAFTLICHKEITSVERGLEICHSRECHNUNG | 21 |
| 7. | METHODENBESCHREIBUNG | 23 |
| 7.1 | DIE UNTERSUCHTEN ANLAGEN | 23 |
| 7.1.1 | ABWASSERTEICHSYSTEM IN NAGAROTE | 23 |
| 7.1.2 | ANAEROBFILTER IN JINOTEPE | 24 |
| 7.1.3 | BEPFLANZTER BODENFILTER IN LEÓN | 25 |
| 7.2 | DIE PROBENAHME | 26 |
| 7.3 | DIE ANALYSEN | 26 |
| 7.3.1 | VOR-ORT-MESSUNGEN | 26 |
| 7.3.2 | LABORUNTERSUCHUNGEN | 29 |
| 7.4 | BERECHNUNG DER EFFIZIENZ DER KLÄRSYSTEME | 31 |
| 7.5 | ENTWURF DER MODELLANLAGEN | 35 |
| 7.5.1 | MODELLENTWURF DES RECHENS ZUR MECHANISCHEN VORREINIGUNG | 35 |
| 7.5.2 | MODELLENTWURF DES SANDFANGS ZUR MECHANISCHEN VORREINIGUNG | 36 |
| 7.5.3 | MODELLENTWURF DES IMHOFF-TANKS | 36 |
| 7.5.4 | MODELLENTWURF DES UNBELÜFTETEN TEICHSYSTEMS | 36 |
| 7.5.5 | MODELLENTWURF DES ANAEROBFILTERS | 39 |
| 7.5.6 | MODELLENTWURF DES BEPFLANZTEN BODENFILTERS | 40 |
| 7.6 | SONSTIGE FORMELN | 41 |
| 7.6.1 | BESTIMMUNG DES ZULAUF-SPITZENWERTS NACH HARMON | 41 |
| 7.6.2 | EVAPOTRANSPIRATION NACH THORNTHWAITE | 41 |
| 8. | ERGEBNISSE UND DISKUSSION | 42 |
| 8.1 | ERGEBNISSE DER UNTERSUCHTEN ANLAGEN | 42 |
| 8.1.1 | DIMENSIONEN DER ANLAGEN | 42 |
| 8.1.2 | HYDRAULISCHE BELASTUNGEN | 45 |
| 8.1.3 | LABORANALYSEN UND REINIGUNGSLEISTUNGEN | 48 |
| 8.1.4 | BIOLOGISCHE ABBAUKONSTANTEN (K-WERTE) | 55 |
| 8.1.5 | VERGLEICH DER UNTERSUCHTEN ANLAGEN | 57 |
| 8.2 | BERECHNUNGSFORMELN FÜR DIE MODELLANLAGEN | 58 |
| 8.3 | TECHNISCHE ERGEBNISSE DER MODELLANLAGEN | 61 |
| 8.3.1 | MECHANISCHE VORKLÄRUNG | 61 |
| 8.3.2 | MESSKANAL | 62 |
| 8.3.3 | ABSETZBECKEN | 62 |
| 8.3.4 | BIOLOGISCHE REINIGUNGSSTUFEN | 62 |
| 8.4 | WIRTSCHAFTLICHE ERGEBNISSE DER MODELLANLAGEN | 65 |
| 8.5 | ZUSAMMENFASSENDER VERGLEICH DER UNTERSUCHTEN KLÄRSYSTEME | 69 |
| 9. | ZUSAMMENFASSUNG | 73 |
| 10. | LITERATUR | 75 |
Die Rohabwasserqualität bezüglich der organischen Abwasserinhaltsstoffe ist wesentlich belasteter als der Landesdurchschnitt. Auch Stickstoff kommt in höheren Konzentrationen als im Durchschnitt vor. Die Konzentrationen der übrigen Parameter liegt im normalen Schwankungsbereich. Es liegen keine Informationen über angeschlossene Industriebetriebe vor, die für die hohen N-,CSB- und BSB5Belastungen verantwortlich sein könnten. Die hohen Konzentrationen sind daher auf den sehr niedrigen Pro-Kopf-Abwasseranfall zurückzuführen, der auf der nur halbtägigen Wasserversorgung basiert und die Konzentrationen relativ gesehen anhebt, da die Schmutzfrachten entsprechend wenig verdünnt werden. Die mittlere Abwassertemperatur in Jinotepe ist um etwa 3°C niedriger als in den beiden anderen untersuchten Systeme. Dies dürfte aber nur einen geringfügig negativen Einfluss auf die Effektivität der biologischen Reinigungsschritte haben. Die nationalen Grenzwerte werden im Fall der organischen Belastungen (CSB, BSB5) und der Feststoffe eingehalten. Im Fall von Fette und Öle wird der Grenzwert aber sehr deutlich überschritten. Eine mögliche Begründung sind Tankstellenbetriebe im Stadtgebiet, die nach Erkenntnissen der Abwasserbehörde ENACAL zeitweise Altöl in die Kanalisation einleiten. Im Fall der Koliformen werden die Grenzwerte sehr deutlich überschritten, was allerdings nicht verwundert, da Anaerobfilter bekanntlich nicht effektiv im Abbau von Koliformen sind. Der pH des Ablaufs liegt innerhalb des Grenzwerts. [...]
Die Reinigungsleistung (RL) fakultativer Teiche bezüglich BSB5 liegt laut Literatur zwischen 80-95% [ROJAS, 1999, S. 141]. Das heißt, dass die Teiche Nagarotes nicht optimal abbauen, was vermutlich an der zu kurzen Aufenthaltszeit in den beiden Teichen, also einem zu kleinen Volumen liegt, da mit Kurzschlussströmungen aufgrund der korrekten Geometrie nicht zu rechnen ist. Des weiteren fällt auf, dass die RL bezüglich des CSB wesentlich geringer ist, was bedeutet dass ein erhöhter Anteil der biologischen Substanz schwer abbaubar ist. Laut Literatur sind Teichanlagen ineffizient in dem Abbau von Nährstoffen (N,P) [YÁNEZ, 1993, S. 18]. Es wurde dennoch eine durchschnittliche Reduzierung von etwa 25% im Fall von Stickstoff nachgewiesen. Phosphor dagegen kommt im Auslauf in höheren Konzentrationen als im Einlauf vor, was ein jahreszeitabhängiger Vorgang ist. Aufgrund der hohen Temperaturen während der Probennahmen kam es zu einem starken Algenwachstum mit vermehrten Ausschwemmen dieser aus den Teichen. Phosphor akkumuliert als pflanzenverfügbarer Nährstoff in den Algen. So wird er im Labor als Bestandteil der Algen in der unfiltrierten Probe nachgewiesen. Diese starke Ausschwemmung der Algen wird durch die schlechte Abbauleistung - also hohen Konzentrationen im Auslauf - an suspendierten Feststoffen bestätigt. Die Abbauleistung bezüglich der Koliformen liegt unterhalb der in der Literatur erwähnten Werte von 99,999%, die über Jahre in Nicaragua ermittelt wurden [PLATZER, 2002, S. 20]. Dies ist ebenfalls auf die zu kurze Aufenthaltszeit in den Teichen zurückzuführen, die wie schon erwähnt mind. 30 Tage betragen sollte, um Koliforme ausreichend zu reduzieren. [...]
Die Rohabwasserqualität Nagarotes ist bezüglich der organischen Parameter und Stickstoff belasteter als der Landesdurchschnitt Nicaraguas. Dies bestätigt sich auch durch die von der Wasserbehörde ENACAL durchgeführten und in der Zeitschrift „Ambiente Centroamericano" veröffentlichten Untersuchungen [AIDIS, 2002, S. 42]. Dies liegt an der Käseindustrie Nagarotes, die ihre Produktionsabwässer direkt in die Kanalisation einleitet. (Käse ist organisch und enthält Stickstoff in Form von Proteinen). Bleibt zu bedenken, dass der Pro-Kopf-Abwasseranfall sehr hoch ist, wodurch die Schmutzfrachten stark verdünnt werden und die Konzentrationen dadurch nach unten gezwungen werden. Trotzdem liegen sie noch über dem Landesschnitt, was zeigt, dass die organische Last im Abwasser sehr hoch ist. Phosphor liegt knapp unter- und Feststoffe knapp über dem Durchschnitt, was aber normale Schwankungen darstellt. Die Konzentration der Koliformen liegt unter dem Landesschnitt, was ebenfalls durch die Käsefabriken zu begründen ist, da sie große Wassermengen in die Kanalisation einspeisen, die nicht mit Koliformen belastet sind. Dies bestätigt sich durch den überdurchschnittlich hohen Pro-Kopf-Abwasseranfall in Nagarote (vergleiche Tab. 10). Es bleibt festzuhalten, dass das bestehende Klärsystem - außer im Fall von sedimentierbaren Feststoffen und dem pH - die Landesgrenzwerte bezüglich des Ablaufs nicht einhält. [...]
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http://www.diplom.de/ean/9783832480639
Arbeit zitieren:
Götzenberger, Jens Juli 2003: Technisch-wirtschaftliche Evaluierung naturnaher Abwasserbehandlungssysteme in Nicaragua, Hamburg: Diplomica Verlag
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Abwasserreinigung, Pflanzenkläranlage, Entwicklungshilfe, Wasseraufbereitung, Verfahrenstechnik



