Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Sanitärtechnik in Schwellenländern

Abstract

Sanitation is of special concern to the international community, particularly in emerging countries. Lack of sanitation is one of the world's leading causes of disease and child death. Worldwide, current progress on sanitation is not sufficient to meet the target of Millennium Development Goals and the sanitation crisis is expanding. Currently, conventional sanitation approaches, both water-based and dry-based, are not designed for effective recovery of valuable resources. Consequently, the economic and environmental sustainability of these approaches may still be questionable. Therefore, sanitation management requires an urgent paradigm shift based on the concept of sustainable sanitation. One of the possible approaches to cope with the sanitation crisis is a resource-oriented approach that considers not only protection of human health and the environment but also closes loops on water and nutrients. Through this thesis, a resource-oriented sustainable sanitation (ROSS) module was designed and developed to reuse resources and recover nutrients from wastewater at a household level. The two main wastewater streams, mainly blackwater and greywater, are collected separately. The blackwater passes through a solid-liquid separator, where blackwater solids are separated and stored in a filter bag until a suitable time for further treatment. The blackwater liquid collected from the separator flows through a tank for nutrient adsorption by charcoal before entering a subsurface flow wetland for further purification. The treated effluent can be collected and stored in a storage tank before reuse in irrigation. Excess effluent from the storage tank flows to another tank for groundwater recharge. The blackwater solids and charcoal can be treated via lactic acid fermentation and composting for producing a Terra Preta-like substrate. Similarly, solids organic wastes may also be treated and added to the Terra Preta-like substrate before reuse in aquiculture. Based on the concept of a ROSS module, two decentralised prototypes were implemented and realized in two households in the Gaza strip, depending on locally available resources and materials. The workability and efficiency of the module were investigated by monitoring one prototype. The module products, including the treated effluent and Terra Preta-like substrate, were inspected through testing composite samples collected in two rounds for the effluent and one round for the substrate. The finding of the sampled effluent revealed that the module was capable to removed 94.1% of total suspended solids, 78.9% and 86.1% of biological and chemical oxygen demand, respectively, and 99.4% of faecal coliform. The sampled substrate demonstrates acceptable properties as compared to the good compost produced from faceal materials. The total nutrient content and organic matter of sampled substrate were 2.373%, and 74.93%, respectively. The lead and cadmium concentrations were below maximum restricted limits and no faecal coliform was measured in the sample. However, the parasitic worm “Ascaris Ova” was noticed in the sample. The presence of this worm may limit the use of the substrate in planting vegetables. Moreover, following good hygiene practices, e.g., hand washing and wearing hand gloves, are highly recommended when using such products.Das Sanitärwesen ist für die Weltgemeinschaft von besonderer Bedeutung, insbesondere in Schwellenländern. Der Mangel an Sanitäranlagen ist eine der Hauptursachen für Krankheiten sowie die Kindersterblichkeit. Die bisherigen, weltweit erreichten Fortschritte sind nicht ausreichend, um die Millenniumziele der United Nations zu erreichen. Tatsächlich weitet sich die Krise im Sanitärwesen sogar noch weiter aus. Konventionelle Wasser- und Trockentoiletten wurden ohne die Rückgewinnung wertvoller Ressourcen entwickelt. Folglich ist die ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit dieser Ansätze fraglich. Das Sanitärwesen erfordert einen dringenden Paradigmenwechsel auf Grundlage des Konzepts nachhaltiger Sanitäranlagen. Eine vielversprechende Vorgehensweise zur Bewältigung dieser Krise im Sanitärwesen ist ein ressourcenorientierter Ansatz, der nicht nur dem Schutz der Gesundheit des Menschen und der Umwelt dient, sondern auch der Schließung des Wasser- und Nährstoffkreislaufes. In der Arbeit wurde ein ressourcenorientiertes nachhaltiges Sanitäranlagenmodul (ROSS, englisch: resource oriented sustainable sanitation (ROSS) module) entwickelt, dass der Wiederverwendung und Rückgewinnung von Nährstoffen aus dem Abwasser von Haushalten dient. Die beiden wesentlichen Abwasserströme, Schwarz- und Grauwasser, werden separat gespeichert. Das Schwarzwasser wird anschließend durch einen Separator geleitet, um Feststoffe vom Schwarzwasser zu trennen und in Sackfiltern für eine gewisse Zeit zur weiteren Verarbeitung zu speichern. Das Schwarzwasser, das von Feststoffen getrennt wurde, fließt nun durch einen Tank zur Nährstoffadsorption, der Holzkohle enthält, bevor es in ein unterirdisches Feuchtbiotop zur weiteren Klärung fließt. In einem Tank wird das behandelte Abwasser gelagert, bis es zur Bewässerung wiederverwendet werden kann. Das behandelte Abwasser fließt vom Speichertank zu einem unterirdischen Grundwasserneubildungstank. Die Feststoffe aus dem Schwarzwasser und die Holzkohle können durch Milchsäuregärung und Kompostierung für die Herstellung von Terra Preta ähnlichem Substrat behandelt werden. Ähnlich können organische Feststoffe behandelt und zu dem Terra Preta ähnlichen Substrat hinzugefügt werden, bevor sie in der Landwirtschaft wiederverwendet werden können. Basierend auf dem Konzept des ROSS module wurden zwei dezentrale Prototypen implementiert und in zwei Haushalten im Gazastreifen in Abhängigkeit von lokal verfügbaren Ressourcen und Materialien realisiert. Um die Machbarkeit und Effizienz des Moduls zu untersuchen, wurde ein Prototyp anhand einiger Qualitätsparameter in zwei Runden für das behandelte Abwasser und in einer Runde für das Terra-Preta ähnliche Substrat geprüft. Das Ergebnis des untersuchten behandelten Abwassers ergab eine Trennung von 94,1 Prozent der Schwebstoffe, von 78,9 Prozent bzw. 86,1 Prozent des biologischen und chemischen Sauerstoffbedarfs bzw. 99,4 Prozent der Fäkalcoliforme. Das Substrat zeigt im Vergleich zu Kompost aus Fäkalien akzeptable Merkmale auf. Der Nährstoffgehalt und organische Substanz der untersuchten Substrate liegt bei 2,373 Prozent bzw. 74,93 Prozent. Die Blei- und Cadmiumanteile waren unterhalb der Höchstgrenze und keine Fäkalcoliforme waren nachweisbar. Es wurde jedoch festgestellt, dass parasitäre Würmer wie Ascaris Ova die Nutzung für das Anpflanzen von Gemüse limitieren können. Ferner sollten hygienische Vorsichtsmaßnahmen, wie Händewaschen und das Tragen von Handschuhen, bei der Nutzung solcher Produkte berücksichtigt werden