EP0991594A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung von abwässern - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur behandlung von abwässern

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EP0991594A1
EP0991594A1 EP98932110A EP98932110A EP0991594A1 EP 0991594 A1 EP0991594 A1 EP 0991594A1 EP 98932110 A EP98932110 A EP 98932110A EP 98932110 A EP98932110 A EP 98932110A EP 0991594 A1 EP0991594 A1 EP 0991594A1
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EP
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water
black
solid
liquid separation
gray
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Withdrawn
Application number
EP98932110A
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Ulrich Braun
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Original Assignee
Individual
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
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    • C05F3/04—Fertilisers from human or animal excrements, e.g. manure from human faecal masses
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    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Definitions

  • the present invention relates to a method for recycling wastewater, which comprises the separate detection of gray water and / or black water and the membrane filtration of the separately recorded gray water and / or the solid / liquid separation of the separately recorded black water.
  • the present invention preferably relates to a method for producing drinking water from gray water or one or more of its substreams.
  • a device for producing drinking water from gray water and a device for recycling black water and their use are described.
  • the method presented here involves treatment and recycling of the separately recorded wastewater individual flows, gray water and black water, which can preferably be subdivided again into faecal wastewater and urine wastewater and recorded separately in order to provide a prerequisite for highly efficient water management for areas with water problems.
  • the method is preferably based on the separate discharge of black and gray water and also preferably on the use of water-saving toilets.
  • the gray water can be used to produce drinking water.
  • a separate pretreatment of individual gray water partial flows and their use for drinking water production is possible.
  • One point of the procedure here is to use the sea water desalination plants that are often found in these areas in gray water treatment.
  • the desalination plant achieves a strong reduction in osmotic pressure.
  • the basic idea of the method is to maximize the concentration of mineral fertilizers in the effluent of waste water treatment plants by means of an open liquid cycle by collecting the waste water together with the organic waste fraction.
  • the nutrients of the urine wastewater can be recorded separately with separate toilets and urinals and applied anaerobically.
  • the black or faecal wastewater is oxidized until nitrification and reused for flushing the toilets and urinals, and is therefore only used as a transport medium in which the nutrients can be concentrated and removed.
  • nitrate can be used as a flotation aid for the solids in the abaerobic first solid / liquid separation. In the case of composting, there is another cycle.
  • this liquid cycle begins with the completion of an aerobic wastewater treatment stage.
  • the nutrients released by composting are thereby rinsed out and concentrated by supplying the irrigation water to the aerobic treatment stage in the wastewater treatment plant.
  • Suitable measures to largely prevent denitrification can also be taken, depending on the process variant.
  • the theoretically smallest drain volume of approx. 2 l / (PE * d) and the possible drying of the mineralized nutrients enables problem-free handling and the odor-free return of the nutrients to the nutrient cycle.
  • the organic waste is processed together with the resulting sludge to produce biogas and compost.
  • the input substrates are the input substrates.
  • Wastewater and wastewater are the sum parameters for all types of wastewater streams of industrial or domestic origin.
  • the following individual wastewater flows are of particular interest here:
  • Faecal wastewater is defined as wastewater contaminated with faeces (e.g. from the faecal waste from urine separation toilets), although similar wastewater from other sources can also be mixed in here.
  • Urine wastewater is defined as only urine-contaminated waste water from all types of urinals and / or the urine-contaminated outlet of the urine separation toilets, whereby similar wastewater from other sources can also be admixed in terms of its composition.
  • Black water is defined as urine and faecal contaminated wastewater, for example from all types of toilets and urinals.
  • Urine and / or faecal waste water can be derived and collected in a separate line network.
  • the black water and / or its partial flows of urine and faecal waste water can also be recorded in gushes in common drainage networks and treated separately.
  • other wastewater can be added from agriculture (e.g. pig manure) and / or other sources.
  • Greywater is defined as domestic wastewater and / or other similarly composed wastewater from laundries and / or other sources that is not, or almost not, urine and / or faecal contaminated, that can be collected with one or more separate drainage networks. It can be divided into several gray water sub-streams based on origin and / or composition.
  • the gray water can be composed of all conceivable combinations of all conceivable numbers of domestic and similar wastewater sources, but must not contain black water (faeces and / or urine), whereby a faecal and / or urine wastewater portion added to one or more sub-streams of the gray water does nothing to this definition changes.
  • Toilets are the generic term for all types of toilets. Toilets with water flow can be divided into flush toilets and water-saving toilets.
  • Flush toilets are normal, commercially available toilets that can also be equipped with water-saving devices (e.g. water-saving button).
  • Water-saving toilets are highly water-saving special designs, such as Vacuum toilets, urine separation toilets, etc.
  • Urinals are all types of separated urine outlets with or without water flushing, e.g. simple channels, urinals with individual or automatic water flushing, water-free urinals, etc.
  • Organic waste is defined as solid, biodegradable waste that can also contain biologically inert components.
  • Carbon is defined here as all organic carbon compounds (COD & BOD) that can be contained in black and gray water as well as in organic waste. Carbonates can also be meant analogously.
  • Nitrogen is defined here as all organic and inorganic nitrogen compounds that can be contained in black and gray water as well as in organic waste.
  • Phosphorus is defined here as all organic and inorganic phosphorus compounds that can be contained in black and gray water as well as in organic waste.
  • Filtration includes all coarse and / or fine sieve, filtration and / or membrane (filtration) processes that can be used in wastewater treatment and drinking water treatment. This includes all filtration and / or membrane processes known to the person skilled in the art, e.g. Ultra or microfiltration as e.g. in the ATV volumes, Ulmann's encyclopedia and other specialist literature as well as specialist journals such as Correspondence sewage, etc. are described, and / or are available on the market. Process-supporting additives can also be added.
  • Solid / liquid separation encompasses all suitable (e.g. hydrocyclone processes are not suitable for solid / liquid separation in larger connection large) separation processes of liquid and solid substances that can be used in domestic wastewater treatment and drinking water treatment, e.g. sedimentation.
  • all types of filtration processes such as reverse osmosis and / or other membrane processes can also be used for solid / liquid separation.
  • Process-supporting additives can also be added.
  • Fixed bed processes include all processes in which microorganisms grow sessily on a fixed and / or mobile matrix, e.g. Trickling filter, immersion drip and disc immersion filter, all types of floor filters, floating bed processes, sand filters, plant clarification processes, etc. This includes all processes known to the person skilled in the art, such as those e.g. in the ATV volumes, Uhlmann's encyclopedia and other specialist literature as well as specialist journals, e.g. Correspondence sewage, etc. are described, and / or are available on the market. Process-supporting additives can also be added.
  • Activation processes include all processes in which microorganisms float freely in the liquid to be treated, such as activated sludge processes, SBR plants, etc. These include all oxidation processes known to the person skilled in the art Microorganisms such as those described in the ATV volumes, Uhlmann's encyclopedia and other specialist literature as well as specialist journals such as waste water correspondence, etc., and / or are available on the market. Process-supporting additives can also be added.
  • Oxidation by microorganisms, aerobic treatment stage and wet oxidation have the same meaning in the sense of this invention and are the generic term of oxidative fixed bed and revitalization processes and also other near-date processes. This includes all methods known to those skilled in the art, such as oxidation by microorganisms, e.g. in the ATV volumes, Ulmann's encyclopedia and other specialist literature as well as specialist journals such as Correspondence sewage, etc. are described, and / or are available on the market. Process-supporting additives can also be added.
  • Carbon removal includes all methods of removing carbon from a liquid. This includes all methods known to those skilled in the art, such as Oxidation by microorganisms, e.g. Adsorption processes, e.g. Precipitation process and e.g. chemical oxidation processes, etc., e.g. in the ATV volumes and other specialist literature as well as specialist magazines, e.g. Correspondence sewage, etc. are described, and / or are available on the market.
  • partial wastewater stream is used synonymously with partial stream.
  • Table 1 summarizes the approximate distribution of the ingredients from black and gray water.
  • the black and gray water columns show the percentage distribution of the wastewater constituents:
  • Table 1 The values given in Table 1 are maximum values that can vary in individual cases. There are still too few confirmed surveys. Table 1 shows how little it makes sense to mix black and gray water. If there is a lack of nutrients in the gray water or in any combination of gray water partial flows, a part of the oxidized nutrients of the black water can be added to completely decompose the carbon.
  • Table 2 shows the sources from which the individual material loads result:
  • Table 2 shows the different loads of carbon, nitrogen and phosphorus from the gray water, faeces and urine sources.
  • Black water Waste water from toilets and urinals is referred to as black water, as mentioned above. It is made up of feces, urine and water. In urine, over 80% of the daily nitrogen produced by humans (urea) is dissolved in water. Approximately 50% of the daily human-produced carbon and over 50% of the phosphorus and 10% of the nitrogen can be found in the feces in solid form. Almost the entire range of impurities can be found here: carbon, phosphorus and potassium mainly in the faeces, nitrogen mainly in the urine. Black water also contains pathogenic bacteria from the human intestinal tract (one speaks of coliform bacteria). The bacteria in the settled sludge can be completely destroyed by subsequent fermentation and composting, and those in the water must be sterilized.
  • the amount of black water corresponds to about 30% of the total domestic wastewater, but this amount can be reduced to less than 15% by choosing suitable water-saving toilets.
  • the construction costs and operating costs of the process can be drastically reduced by separating the black water, but a second sewer network has to be installed. However, since it can be laid in parallel with the sewer network to be installed anyway, only the pipe costs and minor additional costs for the construction of the pipeline network are added.
  • faeces and organic waste consist of the substances that also make up life: mainly carbon (C), oxygen (O), hydrogen (H), nitrogen (N), sulfur (S) and phosphorus (P), but also the whole range of trace elements, such as Potassium (K).
  • C carbon
  • O oxygen
  • H hydrogen
  • N nitrogen
  • S sulfur
  • P phosphorus
  • K Potassium
  • the compositions vary depending on eating habits and / or economic circumstances. Mainly carbon, nitrogen and phosphorus are environmentally relevant for water pollution. They are energy-intensive and they are removed from the water with conventional sewage treatment plants for expensive money.
  • Carbon is biologically converted into CO 2 in water together with oxygen by bacteria, so a lot of oxygen is consumed in the process.
  • One of the consequences of this is that the fish suffocate in the water. Plants can take up the resulting CO 2 from the air and use it again. So carbon is not a fertilizer. Nitrogen, phosphorus and potassium are deficient factors for the growth of plants and thus the main components of fertilizer. Potassium is environmentally neutral in water, while nitrogen and phosphorus in wastewater can lead to explosive algae growth. Algae are also plants, so they also absorb the carbon from the air, and in the presence of nutrients lead to an accumulation of carbon in the water, which leads to the development of catabolic food chains and to a strong consumption of oxygen in the water and thus to the death of the fish. It is then said that a body of water "tilts over" or "eutrophises”.
  • the nutrients When applied in agriculture, the nutrients are suitable fertilizers.
  • Commercial mineral fertilizers include saltpetre (KNO 3 ) and phosphate (PO 4 ). Exactly these substances are produced by the process and can be returned to production in dissolved or solid form.
  • Greywater is the wastewater from all other domestic sources (see definitions above) such as showers, sinks, washing machines, kitchen wastewater, etc.
  • the greywater is practically nitrogen and phosphorus free; it can therefore be cleaned up to the highest quality with relatively little effort.
  • the wastewater from dishwashers is generally classified as gray water, but should be fed into black water due to the composition of the pollution.
  • gray water The pollution of the gray water is low compared to that of the black water and can be cleaned with relatively little effort.
  • gray water there are only very slight traces of nitrogen contamination and it is also considered to be practically phosphate-free, since washing is mainly carried out with phosphate-free detergents.
  • Greywater represents the largest amount with approx. 70% - 80% of the daily wastewater and is particularly suitable for recycling for the following reasons:
  • sewage treatment plants that treat wastewater, i.e. remove the wastewater constituents at a high price and send the purified water to the sea via rivers. This water is thus salted and withdrawn from the fresh water cycle.
  • the drinking water is e.g. obtained from desalination plants in arid areas where the process presented here offers a cost-effective alternative.
  • the prior art comprises a pure flow management and essentially has the following disadvantageous properties: 1. Mixing of different types of waste water from commerce, industry and households.
  • the black water is transferred to a compensation tank for volume compensation. After heating and a subsequent solid / liquid separation, the black water is diluted 1:20 with fresh water and subjected to an activated sludge process. b) Anaerobic treatment (anaerobic digestion process)
  • the black water is treated aerobically after coarse material removal and volume equalization, and after a subsequent solid / liquid separation, the black water is diluted 1:20 with fresh water and subjected to an activated sludge process.
  • Two-stage activated sludge process Two-stage activated sludge process
  • the black water is diluted 1:10 with water after coarse material removal and volume equalization and treated in the first activated sludge process. After a subsequent solid / liquid separation, the black water is again diluted 1:10 with fresh water and subjected to a second activated sludge process.
  • gray water treatment allows its recycling as rinsing water for toilets and urinals.
  • the invention thus relates to a method for recycling waste water, which comprises the following steps:
  • the method for producing drinking water from gray water or one or more of its substreams comprises the following steps:
  • the membrane filtration is carried out by means of reverse osmosis or ultra or microfiltration.
  • desalination is connected to the ultra or microfiltration.
  • membranes with a pore size of up to a maximum of 2 ⁇ m are used for ultra or microfiltration.
  • membranes with a pore size of up to 0.2 ⁇ m are used for ultra or microfiltration.
  • one or more mechanical, physical and / or chemical cleaning steps are connected upstream of (b).
  • the process according to (a) comprises the following steps:
  • a solid / liquid separation is carried out after step (ii).
  • the solid / liquid separation is carried out by means of flotation, sedimentation, filtration or precipitation.
  • the carbon removal is carried out by means of oxidation by microorganisms.
  • the method according to (b) comprises the following step:
  • the sanitization is chlorination.
  • the utilization of black water comprises the following steps:
  • the black water is collected separately in faecal and urine waste water, and the faecal waste water is treated in accordance with steps (a) to (f).
  • At least part of the urine waste water is added to the faecal waste water before (c).
  • Another particularly preferred embodiment of the invention is the solid-liquid separation in (d) a filtration.
  • the solid / liquid separation in (b) is sedimentation or filtration.
  • the product from (d) is temporarily stored in a store and, if the power requirement is increased, is fed back to the oxidation device while increasing the air supply.
  • the oxidized black water and / or faecal waste water is subjected to a sanitation and / or a change in the water structure before being recycled.
  • the solids are removed from the urine waste water by filtration.
  • the solids from gray water and / or black water and / or faecal waste water are subjected to one or two-stage anaerobic digestion together with or without comminuted organic waste.
  • the drinking water is filled into containers.
  • the mineral fertilizer and / or the compost is filled into containers.
  • the invention further relates to a device for performing the invention
  • a method comprising a reactor in which steps (b), (c) and (d) are carried out.
  • the device according to the invention comprises membranes, as set out above, also a stirrer, an aerator, a floating sludge vent and optionally further
  • the device comprises a separation device in which the method steps characterized in the method according to the invention are carried out. Furthermore, the invention relates to the use of the device according to the invention for recycling black water.
  • the invention relates to the use of the device according to the invention for producing drinking water from gray water.
  • Figure 1 shows the black water and organic waste module.
  • the black water cycle is shown here with or without urine waste water.
  • the gearing with the organic waste treatment is shown here, the treatment of the organic waste being a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • Figure 2 shows the gray water module and its return for reuse.
  • An important process step is the treatment of the gray water and one or more of its partial streams in a desalination plant.
  • the desalination plant can be used multifunctionally due to the low osmotic pressure.
  • Process step 2d shows the optional interlocking with the organic waste module.
  • Figure 3 shows the cycle of nutrients between seizure and recovery. In particular, the cycle of the compost water and the achievable concentration of nutrients is shown here.
  • Figure 4 shows an example of a possible compact design of the device according to the invention of the black water module.
  • an active sludge store is shown here, which allows the entire module to be flexibly adapted to the quantity and freight daily rate curve of a hotel or settlement, etc.
  • Figure 5 shows an example of the black water circuit in the embodiment of this compact black water module.
  • this new drainage network to be installed should be easy to implement in addition to the existing one in the course of a renovation or a new building in the supply shafts, with appropriate planning also in ongoing hotel operations.
  • Sewerage networks and sewage treatment plants are only partially available in European tourist areas, which are, however, completely overloaded by the constantly growing tourism.
  • Example 1 Possibility of implementing the method in an infrastructure with a central sewage treatment plant and sewer network
  • the existing sewer network can be used for collection and the sewage treatment plant for treating the gray water.
  • the black water from toilets and urinals is suspended from the central network and collected in small decentralized networks and processed and returned in black water modules.
  • Greywater recycling significantly increases the capacity of the existing wastewater treatment plant; Overloading is avoided and a good drainage quality is guaranteed.
  • Example 2 Possibility of implementing the process in an infrastructure without a central sewage treatment plant and sewer network
  • FIG. 1 The black water and organic waste module
  • the method and the device are preferably to be accommodated as a compact module in basements of single or multi-family houses, and thus make the installation of sewers completely unnecessary.
  • the method is preferably based on the separate discharge of black and gray water and also preferably on the use of water-saving toilets.
  • the processed waste water and / or preferably black water can be applied to green areas after possible sanitation or disinfection and / or supplied to the ground water.
  • the black water and organic waste modules are closely interlinked; therefore a common description seems appropriate.
  • the dashed process arrows or borders in FIG. 1 represent options or process variants.
  • the method is preferably used from a connection size of more than 20 toilets.
  • the aim of this partial flow process is the production of mineral fertilizer, compost and biogas from black water.
  • the most important core point of the process is the circulation of the black water between toilets, solid / liquid separation, oxidation (oxidation by microorganisms and / or carbon removal) and solid / liquid separation.
  • the nutrient loads can be concentrated as desired, so that the volume in which the nutrient loads are dissolved is very small.
  • Another characteristic of the partial flow process is the solid-liquid separation of the black water and the black water cycle for compost water, all of which are explained in the following process steps with reference to Fig. 1.
  • the numbers in this description correspond to the numbered method steps in FIG. 1.
  • Process steps (1) to (6) show the black water cycle with oxidative nutrient production without the use of separation toilets (thick arrows).
  • Process step (7) shows the exit of the oxidized liquid fertilizer.
  • process steps (1) to (6) show the fecal water cycle.
  • Process step (la) shows the urine output of the separation toilet. In this case, process step (lb) is omitted.
  • Process steps (la), (8), and (8a) show the process using urine separation toilets with reductive nutrient production.
  • the thin solid arrows show flows of solids (sludge, etc.).
  • Process steps (2a), (2b), (3a), (7a) and (7d) lead to (3c) and show the solids discharge from the black water module into the bio waste stream.
  • the solid sources can be added in any conceivable combination before comminution, and / or before hydrolysis and / or before methane fermentation.
  • one or more mechanical, physical and / or chemical pre-clarification processes can be used, from which fermentable sludge can also be produced (2b).
  • the pretreatment processes should be as gentle as possible, and the coarse-grained solid structure of the black water should be improved and / or not destroyed. Residues are separated (2a) and can be further processed.
  • the nitrate can be used for denitrification.
  • the solid / liquid separation can be carried out particularly preferably by means of anaerobic flotation.
  • Flotation, sedimentation and / or filtration processes are preferably used here for solid / liquid separation.
  • the separable carbon in the sludge of the black water (it can be added to the biogas production: (3a) & (3c)) is thus separated from the main part from the nitrogen of the urine in the liquid phase, which is important for the operational stability of the biogas plant.
  • the black water from process step (2) is now subjected to oxidation by microorganisms and / or carbon removal.
  • Aerobic treatment stage oxidation by microorganisms and / or carbon removal
  • the dissolved carbon remaining in the black water thus releases gas as CO 2 .
  • Oxidation by microorganisms also includes nitrification (urea is oxidized to nitrate).
  • the liquid phase from the biogas plant from process step (VII) can also be fed in and oxidized here.
  • An activation process is preferably used here, which works with a high dry matter content (approx. 15 kg oTS / m 3 ) of active biomass in order to keep the reactor volume small. Then, however, there are special requirements for the downstream solid / liquid separation (4).
  • the oxidation by microorganisms and / or carbon removal of carbon and nitrogen can be single-stage or two-stage and two-stage in each case also multi-stage, all combinations of fixed bed and activation processes being possible here.
  • the solid / liquid separation of process step (2) and the oxidation by microorganisms (3) can preferably be carried out in the same device.
  • the nitrification runs smoothly and optimally in a small pH window between pH 6-7.
  • the nitrifying bacteria are inhibited by HNO 2 - N, in the basic range by NH 3 -N.
  • the nitrification process is accompanied by a pH drop in the medium. Due to the inflow quantities dependent on the toilets used (vacuum toilets: 7 - 10 l / (PE * d), flush toilets: 30 - 60 l / (PE * d)) and the dependency on the solid / liquid separation used in process step (4) Oxidation reactor sizes (eg microfiltration: reactor size approx.
  • a suitable quantity of nitrified black water and / or urine waste water and / or faecal waste water for accelerated anaerobic denitrification in the upstream solid / liquid separation is preferably supplied via (3b) and / or (5a).
  • the solids are transferred to the gas bubbles (N 2 ) Surface transported and can be peeled off.
  • the denitrifying bacteria can also be added via (III) and / or (5a). In the event that the solid / liquid separation is carried out in the same device, the separated biomass or necessary portions can remain in the device.
  • the process sequence is preferably a) solid / liquid separation (process step (2)) & denitrification, b) oxidation by microorganisms (process step (3)), and c) solid / liquid separation (process step (4)) sequencing - batchwise operation (similar like SBR) in two alternately charged reactors, preferably with a buffer tank.
  • process step (3) second paragraph
  • the feed can be carried out in gushes and flourish with subsequent anaerobiosis. All three process steps preferably take place in the same device. In the temperature range below approx.
  • Nitrosomonas (NH 4 + -> NO 2 ) has a slower metabolic rate than Nitrtobacter (NO 2 " -> NO 3 ' ).
  • NO 2 " produced in the oxidation reactor is metabolized quickly and the formation of the toxic HNO 2 -N prevented.
  • the metabolic rate of Nitrosomonas is faster than that of Nitrobacter. This can lead to an accumulation of HNO 2 -N in the reactor and inhibit the nitrification process. Since one of the target groups of the process presented here is hotel complexes in hot and sunny areas and because the released heat of oxidation releases the reactor itself, suitable countermeasures (e.g.
  • a feature of the process is the active sludge storage (7b), with which the required concentration of active biomass in the oxidation device can be specifically controlled depending on the volume and daily load curve of the black water attack in connection with demand-controlled oxygen supply (7c) in order to ensure constant drainage quality.
  • the process can be carried out using a computer and / or EDI (remote data transmission). Sensor-based operational monitoring can be provided.
  • the demand-dependent and controllable biomass concentration in the oxidation device could have an influence on the special requirements of the method according to the invention.
  • the acidification surges and / or the enrichment of HNO 2 -N in the oxidation device could thus be counteracted by targeted supply of active biomass and / or biomass enriched with Nitrobacter from the active sludge storage. It allows the system to be adapted to the daily flow lines with the smallest reactor design, even with appropriate control.
  • Measures to prevent autolytic digestion of the biomass can be taken in the active sludge storage. Excess active biomass from the storage (7d) is fed to the biogas plant. (5)
  • the liquid product from process step (4) can go through an optional sanitation process step. By choosing the appropriate filtration method (4), this can also be omitted. After process step (5), a further hygiene process step can be provided. However, if possible, chlorination of the liquid product from (5) should be avoided due to the risk of salting up in the black water circuit, in order to keep the mineral fertilizer formed pedologically faultless.
  • the product from (5) is a clear, concentrated mineral fertilizer solution that can be reused via a storage tank for flushing the toilets and / or urinals.
  • the open black water cycle is closed.
  • the toilet water consumption can be reduced from approx. 50 l / (E * d) to a maximum of 0 l / (E * d).
  • Entry volumes into the black water cycle are approx. 1.5 - 2.2 l / (E * d) from human excretions.
  • the exit volume of liquid mineral fertilizer is calculated from the entry volume minus sludge deductions and evaporation losses. If these deductions equal or exceed the entry volume, water must be added to this circuit.
  • the amount of extraneous water supplied is determined by the water consumption of the toilets and urinals and the biologically compatible nitrogen concentrations in the oxidation reactor.
  • the end product is a highly concentrated, odorless liquid mineral fertilizer that can be stored and / or used for fertilization.
  • the carbon content in the mineral fertilizer solution is so low that denitrification processes hardly take place.
  • Process step (8) now shows the process using urine separation toilets. Even under these conditions, the separately collected faecal wastewater should be subjected to a solid / liquid separation in order to keep the volume of the biogas plant small. If the liquid supernatant is to be oxidized in order to close the black water cycle and oxidize NH -N to NO 3 -N, because this prevents an odor-intensive stripping of the nitrogen, since the same applies to the urine wastewater, the urine wastewater with the faecal water supernatant reunite.
  • separation toilets for the oxidative application of nutrients (mineral fertilizers (KNO 3 , P 2 O 5 , K 2 O, etc.)) makes little sense.
  • the use of urine separation toilets only makes sense in this process if you want to apply the nutrients from the urine wastewater anaerobically. Then, after filtration to remove pathogenic microorganisms, the urine can be combined with the digested fermentation broth from the biogas plant (8a) without causing denitrification processes.
  • the pure urine wastewater can also be sent separately for drying and / or use (spreading) and / or further processing (8a). Concentration by reverse osmosis is also useful.
  • MAP precipitation magnesium ammonium phosphate
  • other precipitation processes in urine wastewater, optionally after hygienization, would also be conceivable here.
  • anaerobic hydrolysis of the urine wastewater for acidification would make sense before reunification, in order to shift the NH 3 - NH 4 + solubility balance in favor of the NH 4 + concentration.
  • Adsorptive processes for ammonium can also be useful and thus be part of the process. Combinations of precipitation, adsorption and / or drying are also possible.
  • the Fes liquid separation of the faecal wastewater still makes sense to keep the volume of the biogas plant small.
  • the faecal waste water from process step (3) can be oxidized by the elimination of approx. 88% of the nitrogen with considerably less energy consumption than with the urine waste water, which the Operating costs of the oxidizer in the black water cycle would greatly reduce.
  • the reactor size of the oxidation device would also be significantly smaller.
  • the reductive nutrient application of the urine wastewater complements the oxidative nutrient application of the faecal wastewater and prevents the problems of the process steps (3) and (4) described above.
  • nitrogen losses due to NH 3 outgassing must be expected.
  • the organic waste stream and its interlocking with the gray and black water cycle is described below.
  • the aim of this partial process stream should be a good biogas yield and extensive sanitation of the organic material.
  • the separation is provided as an optional process component.
  • a separation of residues by means of separation by specific weight or other processes can also be provided as an additional process component at another point in the bio-waste stream (e.g. (III)).
  • the residual or interfering substances are separated and can be further processed.
  • the organic waste which is as pure as possible is now subjected to comminution.
  • the comminution can take place with or without the sludges from the black water stream ((2b), (3a), (7d) and / or (7a)).
  • the organic waste is preferably shredded without the sludge using a "cutter" as used in large butchers for sausage production. Cutters cause very good size reduction and homogenization of the organic waste.
  • the hydrolysis is preferably operated thermophilically with the appropriate retention time in order to achieve a simultaneous sanitation of the organic material.
  • the hydrolyzed material is subjected to a preferably mesophilic methane fermentation in this process step.
  • Methane fermentation is the interface to the gray water module.
  • the separated material from the fat separators or flotation processes of the kitchen wastewater is added directly to the methane fermenter, since the hydrolysis of fats is the speed-limiting step in the anaerobic catabolism of fats.
  • the digested fermentation broth can now be subjected to an optional solid-liquid separation.
  • the liquid supernatant contains many nutrients and can be added to the oxidation (3) (VII), or preferably before the filtration to the reductive process line of the urine waste water (Vllb).
  • the aim of this partial process flow is the production of highly purified service water.
  • the final goal can be the production of drinking water from gray water or partial flows of gray water.
  • This goal can be achieved by membrane filtration using reverse osmosis and / or micro- and / or ultrafiltration followed by salt removal.
  • attention must be paid to the suitable pore sizes; z. B. for residual COD retention, sanitation, etc.
  • the carbon in the gray water is first removed by wetoidation (possibly with the addition of nutrients from the black water) or other biological, chemical or physical processes. It is not necessary to remove nitrogen and phosphorus, but it can be done by other processes (e.g. precipitation of carbon) or it can be provided as a separate biological, chemical or physical process step (s).
  • the activated sludge resulting from biological carbon degradation is fixed (fixed bed process) or is returned (activated sludge process).
  • the excess sludge or precipitated sludge is separated by means of common solid / liquid separation processes and can e.g. be fed to a biogas plant.
  • the hardly degradable COD fraction remaining in the liquid phase can be oxidized to CO 2 by ozonization or other processes and / or removed by other biological, chemical or physical processes. After an optional further solid / liquid separation (eg filtration), the substances remaining in the gray water are then removed by activated carbon filtration or other processes (eg filtration or adsorption processes).
  • gray water contains relatively few salts
  • salt removal eg reverse osmosis
  • the oxidized gray water can be multi-functionally processed into drinking water by the already existing desalination plants: Simultaneous retention of salts, pathogenic microorganisms, as well as any nutrients and residual COD that may still be present can be achieved.
  • Hygiene and chlorination are process options.
  • a process step for changing or neutralizing the water structure can be inserted at a suitable point (e.g. after activated carbon adsorption).
  • a Grundwasse ⁇ assage can also be interposed to the process due to the legal regulations, but is not technically necessary.
  • dashed boxes or lines and arrows represent options and process variants.
  • the kitchen waste water contains fats, oils, floating and removable solids as well as surfactants and dissolved organic substances. Flotation is recommended as a pretreatment process, with which the fats, oils, floating and settable solids as well as parts of the dissolved BOD and COD can be drawn off and introduced into the methane fermenter of the black water and bio waste module.
  • the use of fat separators, filtration, precipitation and other separation processes is also possible here.
  • the pool and / or rest area consists of the return sludge from the pool water purification system, the pool water itself, and other gray water sources, mostly outdoors. Due to the hunanogenic entry, body oils, nitrogen and other nutrients as well as salts are found here, which are sweated out through the skin, but are also introduced through the chlorination of the pool water. Epidemiological concerns do not exist because of the permanent chlorination of the pool water, so that this gray water is suitable for avoiding over-fertilization (the N loads are low compared to black water) without treatment for watering and fertilizing nearby green areas.
  • the pretreated gray water flows are reunited before oxidation (oxidation by microorganisms and / or carbon removal) and fed to a suitable oxidation process by microorganism processes (ventilated sand filter, plant sewage treatment plant, unplanted vertically intermittently loaded soil filter, etc.).
  • microorganism processes ventilation sand filter, plant sewage treatment plant, unplanted vertically intermittently loaded soil filter, etc.
  • mineral fertilizer solution from the black water cycle can be added.
  • one or more mechanical, physical, chemical and / or biological cleaning processes can be interposed.
  • the purified gray water can be mixed with sea water or separately in a sea water desalination plant at more favorable conditions because of the lower osmotic pressure to make drinking water.
  • the salty residue from the desalination plant is discharged into the sea (14).
  • chlorination can be interposed before the reused and / or storage (11) of the purified gray water.
  • FIG. 3 shows the black water sedimentation and the oxidative removal of nutrients from the organic waste stream as a flow diagram.
  • C, N, P, K mean the reduced organic compounds of these elements, CO 2 , KNO 3 , and PO 4 the oxidized.
  • CH 4 means the withdrawal of carbon as an energy source (biogas).
  • the carbon must be removed from the wastewater. This happens in two ways: firstly by settling (1) (sludge is heavier than water) and secondly by biological "burning" (2) of the remaining dissolved carbon by bacteria. Most of the carbon is now in the form of sludge and waste ((1) & (2)). These can either be composted (6), which is also a biological "burning" of the readily biodegradable carbon compounds. This releases a lot of energy.
  • sludge and waste (1) & (2)
  • These can either be composted (6), which is also a biological "burning" of the readily biodegradable carbon compounds. This releases a lot of energy.
  • Another possibility is to ferment the easily degradable carbon compounds in the absence of air (4). Since oxygen is no longer available, biogas (CH 4 ) is produced instead of CO. This energy source can be used in many ways.
  • N, P & K elixir of life for cultivated areas.
  • Plants absorb nitrogen in two ways via the roots: as nitrate NO 3 or as ammonium NH 4 .
  • Phosphorus is taken up as phosphate PO 4
  • potassium as potassium ion K + .
  • the biological "burning" of the carbon in the wastewater (2) releases a lot of potassium, nitrate and phosphate in addition to CO 2 , which, however, remain dissolved in the water.
  • Figure 4 shows the use of the method as a compact module that can be installed in basements.
  • the production of mineral fertilizers may not be desirable.
  • Another feature of the process is that the denitrification and biological phosphate removal can be switched on and off, since the application of nutrients to green areas in winter is not desirable.
  • the method will now be explained in more detail with reference to FIGS. 4 & 5:
  • the raw waste water or preferably black water is fed via a line (1) into a chamber filter.
  • This chamber filter press can be replaced by other common methods for solid-liquid separation.
  • the solid-containing filtrate can be adjusted to a desired dry matter content with the device for solid-liquid separation, which is desirable for reducing the volume of the reduction device.
  • the filtrate containing solids is separated via a line (2) or passed together with the organic waste (3) into a reduction device for anaerobic conditioning and production of biogas.
  • the fermentation broth is returned via the line (FIG. 4: (10), FIG. 5: (11)) to the device for solid-liquid separation.
  • the resulting filter cake (Fig. 4: (11), Fig. 5: (12)) can be disposed of in a waste bin, applied in the garden, or further processed.
  • the liquid filtrates from (FIG. 4: (11), FIG. 5: (12)) and (1) are fed to the oxidation device (oxidation by microorganisms and / or carbon removal) via line (4) when nutrient preparation and application or storage or storage is desired ) fed.
  • the carbon compounds are oxidized to CO, and the nutrients are mineralized to KNO 3 , K 2 O, PO 4 , etc.
  • the resulting active biomass is fed via line (5) to the device for solid-liquid separation and pressed.
  • the desired dry matter content can also be set here.
  • the solid-free mineralized black water is used again via line (Fig. 5: (9)) for flushing the toilet. The black water is thus conducted in an open cycle in which the nutrients are concentrated.
  • the pressed biomass is fed via line (6) into an active sludge storage. Measures to prevent autolytic digestion of the biomass can be taken in the active sludge storage. If the oxidizer is in high demand active biomass (with a high mass flow rate and / or a high degree of contamination), the concentrated active biomass is fed to the oxidation device and the oxygen supply is increased accordingly, thus increasing the rate of degradation. Excess active biomass via line (8) is fed to the reduction device.
  • the oxidized nitrogen (NO 3 ) is denitrified, for example in the oxidation device, using conventional methods and phosphorus is biologically fixed or removed in some other way after complete oxidation. This is preferably done in the oxidation device, which becomes a reduction device by turning off the aeration and stirring. Carbon can be provided and mixed via line (4).
  • the denitrification due to the high nitrate concentrations available through the black water cycle can be used for flotation in the first solid / liquid separation of the black water and / or faecal waste water. Since a high concentration of facultative anaerobic bacteria can be found in the active sludge storage, denitrification can also be increased very efficiently by adding active biomass via line (7).
  • Ventilation can be carried out intermittently and / or additional solid-liquid separations can be interposed in the breakdown process.
  • Excess active biomass is fed to the reduction device via line (8).

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Abwässern, das die getrennte Erfassung von Grauwasser und/oder Schwarzwasser und die Membranfiltration des getrennt erfassten Grauwassers und/oder die Fest-/Flüssigtrennung des getrennt erfassten Schwarzwassers umfasst. Vorzugsweise betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Trinkwasser aus Grauwasser oder einem oder mehreren seiner Teilströme. Ausserdem ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Trinkwasser aus Grauwasser und eine Vorrichtung zur Verwertung von Schwarzwasser sowie deren Verwendung beschrieben.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Abwässern
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verwertung von Abwässern, das die getrennte Erfassung von Grauwasser und/oder Schwarzwasser und die Membranfiltration des getrennt erfaßten Grauwassers und/oder die Fest-/Flüssigtrennung des getrennt erfaßten Schwarzwassers umfaßt. Vorzugsweise betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Trinkwasser aus Grauwasser oder einem oder mehreren seiner Teilströme. Außerdem ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Trinkwasser aus Grauwasser und eine Vorrichtung zur Verwertung von Schwarzwasser sowie deren Verwendung beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Das hier vorgestellte Verfahren umfaßt eine Behandlung und Rückführung der getrennt erfaßten Abwassereinzelströme Grauwasser und Schwarzwasser, das vorzugsweise nocheinmal in Fäkalabwasser und Urinabwasser unterteilt und getrennt erfaßt werden kann, um somit eine Voraussetzung für ein hocheffizientes Wassermanagement für Gegenden mit Wasserproblemen zur Verfügung zu stellen.
Das Verfahren basiert vorzugsweise auf der getrennten Ableitung von Schwarz- und Grauwasser und ebenfalls vorzugsweise auf der Verwendung wassersparender Toiletten.
Das Grauwasser kann dabei zur Produktion von Trinkwasser herangezogen werden. Dabei ist eine getrennte Vorbehandlung von einzelnen Grauwasserteilströmen und deren Einsatz zur Trinkwasserproduktion möglich. Ein Punkt des Verfahrens ist hier, die in diesen Gegenden oft vorhandenen Meerwasserentsalzungsanlagen in der Grauwasserbehandlung einzusetzen. Gleichzeitig wird in der Entsalzungsanlage neben einer weitgehenden Reststoffentfernung und einer gleichzeitigen Hygienisierung eine starke Verringerung des osmotischen Drucks erreicht.
Die Grundidee des Verfahrens ist es, durch Erfassen des Abwassers zusammen mit der organischen Müllfraktion die Konzentration von mineralischen Dünger im Ablauf von Abwasserbehandlungsanlagen durch einen offenen Flüssigkeitskreislauf zu maximieren. Die Nährstoffe des Urinabwasser können mit Trenntoiletten und Urinalen separat erfaßt und anaerob ausgebracht werden. Das Schwarz- oder Fäkalabwasser wird bis zur Nitrifikation aufoxidiert und zur Spülung der Toiletten und Urinale wiederverwendet, und somit nur als Transportmedium benutzt, in dem die Nährstoffe aufkonzentriert und abgezogen werden können. Zudem kann Nitrat als Flotationshilfe der Feststoffe in der abaeroben ersten Fest- /Flüssigtrennung genutzt werden. Im Fall einer Kompostierung gibt es einen weiteren Kreislauf. Dieser Flüssigkeitskreislauf beginnt durch das Bewässern des Komposts mit dem Ablauf einer aeroben Abwasserbehandlungsstufe. Die durch das Kompostieren freiwerdenden Nährstoffe werden dadurch ausgespült, und durch das Zufuhren des Bewässerungswassers zur aeroben Behandlungsstufe im Ablauf der Abwasserbehandlungsanlage aufkonzentriert. Geeignete Maßnahmen zur weitgehenden Verhinderung einer Denitrifikation können je nach Verfahrensvariante auch getroffen werden. Das theoretisch kleinste AblaufVolumen von ca. 2 l/(PE*d) und das so mögliche Abtrocknen der mineralisierten Nährstoffe ermöglicht einen problemlosen Umgang und das geruchsfreie Rückfuhren der Nährstoffe in den Nährstoffkreislauf.
Der Biomüll wird zusammen mit den anfallenden Schlämmen zur Produktion von Biogas und Kompost verarbeitet.
Die Eingangssubstrate
Begriffsdefinitionen
Abwasser und Schmutzwasser sind die Summenparameter für alle Arten von Abwassereinzelströmen industrieller oder häuslicher Herkunft. Hier interessieren vor allem die folgenden Abwassereinzelströme:
Fäkalabwasser ist definiert als nur fäkalbelastetes Abwasser (z.B. aus dem Fäkalabgang der Urinseparationstoiletten), wobei hier auch von der Zusammensetzung her ähnliche andere Abwässer aus anderen Quellen beigemischt werden können.
Urinabwasser ist definiert als nur urinbelastetes Abwasser aus allen Arten von Urinalen und/oder des urinbelasteten Abgangs der Urinseparationstoiletten, wobei hier auch von der Zusammensetzung her ähnliche andere Abwässer aus anderen Quellen beigemischt werden können.
Schwarzwasser ist definiert als urin- und fäkalbelastetes Abwasser beispielsweise aus allen Arten von Toiletten und Urinalen. Urinabwasser und/oder Fäkalabwasser können in einem eigenen separaten Leitungsnetz abgeleitet und gesammelt werden. Das Schwarzwasser und/oder seine Teilströme Urin- und Fäkalabwasser können aber auch schwallweise in gemeinsamen Ableitungsnetzen erfaßt und gesondert behandelt werden. In Fällen besonderer Ähnlichkeit hinsichtlich der Verschmutzungsparameter können aus der Landwirtschaft (z:B. Schweinegülle) und/oder anderen Quellen andere Abwässer beigemischt werden.
Grauwasser ist definiert als nicht, oder fast nicht urin- und/oder fäkalbelastetes häusliches Abwasser und/oder andere ähnlich zusammengesetzte Abwässer aus Wäschereien und/oder anderen Quellen, daß mit einem oder mehreren separaten Ableitungsnetzen erfaßt werden kann. Es kann nach Herkunft und/oder Zusammensetzung unterteilt werden in mehrere Grauwasserteilströme. Das Grauwasser kann aus allen denkbaren Kombinationen aller denkbaren Anzahlen häuslicher und ähnlicher Abwasserquellen zusammengesetzt sein, darf aber kein Schwarzwasser (Kot und/oder Urin) enthalten, wobei ein dem einem oder mehreren Teilströmen des Grauwassers zugemischter Fäkal- und/oder Urinabwasseranteil an dieser Definition nichts ändert.
Toiletten ist hier der Oberbegriff für alle Arten von Toiletten. Toiletten mit Wasserzufluß können unterteilt werden in Spültoiletten und wassersparende Toiletten.
Spültoiletten sind normale, heute handelsübliche Toiletten, die auch mit wassersparenden Apparaturen (z.B. Wasserspartaste) ausgestattet sein können.
Wassersparende Toiletten sind stark wassersparende Sonderkonstruktionen, wie z.B. Vakuumtoiletten, Urinseparationstoiletten, etc.
Urinale sind alle Arten von separierten Urinabgängen mit oder ohne Wasserspülung, wie z.B. einfache Gerinne, Urinale mit individueller oder automatischer Wasserspülung, wasserfreie Urinale, etc.
Biomüll wird definiert als feste, biologisch abbaubare Abfallstoffe, die aber auch biologisch inerte Bestandteile enthalten können.
Kohlenstoff wird hier definiert als alle organischen Kohlenstoffverbindungen (CSB & BSB) die im Schwarz- und Grauwasser sowie im Biomüll enthalten sein können. Auch Carbonate können sinngemäß gemeint sein.
Stickstoff wird hier definiert als alle organischen und anorganischen Stickstoffverbindungen, die im Schwarz- und Grauwasser sowie im Biomüll enthalten sein können. Phosphor wird hier definiert als alle organischen und anorganischen Phosphorverbindungen die im Schwarz- und Grauwasser sowie im Biomüll enthalten sein können.
Filtration umfaßt alle Grob- und/oder Feinsieb-, Filtrations- und/oder Membran(filtrations)verfahren, die in der Abwasserreinigung und Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden können. Hierunter fallen alle dem Fachmann bekannten Filtrationsund/oder Membranverfahren, z.B. Ultra- oder Mikrofiltration wie sie z.B. in den ATV Bänden, Ulmann's Enzyklopädie und anderer Fachliteratur sowie Fachzeitschriften, wie z.B. Korrespondenz Abwasser, etc. beschrieben sind, und/oder auf dem Markt erhältlich sind. Es können zusätzlich auch verfahrensunterstützende Additive zugesetzt werden.
Fest-/Flüssigtrennung umfaßt alle geeigneten (z.B. Hydrozyklonverfahren eignen sich nicht zur Fest-/Flüssigtrennung in größeren Anschluß großen) Separationsverfahren von flüssigen und festen Stoffen, die in der häuslichen Abwasserreinigung und Trinkwasseraufbereitung eingesetzt werden können, wie z.B Sedimentationen. Beispielsweise können auch alle Arten von Filtrationsverfahren wie auch die reverse Osmose und/oder anderen Membranverfahren für die Fest-/Flüssigtrennung eingesetzt werden. Hierunter fallen alle dem Fachmann bekannten Verfahren zur Fest-/Flüssigtrennung, wie z.B. Adsorptionsverfahren, Fällungs-, Filtrations- und Membranverfahren,. Sedimentations- und Flotationsverfahren, etc., wie sie z.B. in den ATV Bänden, Uhlmann's Enzyklopädie und anderer Fachliteratur sowie Fachzeitschriften, wie z.B. Korrespondenz Abwasser, etc. beschrieben sind, und/oder auf dem Markt erhältlich sind. Es können zusätzlich auch verfahrensunterstützende Additive zugesetzt werden.
Festbettverfahren umfassen alle Verfahren, bei denen Mikroorganismen sessil auf einer festsitzenden und/oder beweglichen Matrix aufwachsen, wie z.B. Tropfkörper, Tauchtropf- und Scheibentauchkörper, alle Arten von Bodenfiltern, Schwebbettverfahren, Sandfilter, Pflanzenklärverfahren, etc. Hierunter fallen alle dem Fachmann bekannten Verfahren, wie sie z.B. in den ATV Bänden, Uhlmann's Enzyklopädie und anderer Fachliteratur sowie Fachzeitschriften, wie z.B. Korrespondenz Abwasser, etc. beschrieben sind, und/oder auf dem Markt erhältlich sind. Es können auch verfahrensunterstützende Additive zugesetzt werden.
Belebungsverfahren umfassen alle Verfahren, bei denen Mikroorganismen frei in der zu behandelnden Flüssigkeit schwimmen, wie z.B Belebtschlammverfahren, SBR - Anlagen, etc. Hierunter fallen alle dem Fachmann bekannten Oxidationsverfahren durch Mikroorganismen, wie sie z.B. in den ATV Bänden, Uhlmann's Enzyklopädie und anderer Fachliteratur sowie Fachzeitschriften, wie z.B. Korrespondenz Abwasser, etc. beschrieben sind, und/oder auf dem Markt erhältlich sind. Es können auch verfahrensunterstützende Additive zugesetzt werden.
Oxidation durch Mikroorganismen, aerobe Behandlungsstufe und Naßoxidation sind im Sinne dieser Erfindung bedeutungsgleich und sind der Oberbegriff von oxidativen Festbett- und Belebungsverfahren und auch anderen natumahen Verfahren. Hierunter fallen alle dem Fachmann bekannten Verfahren wie z.B. der Oxidation durch Mikroorganismen, wie sie z.B. in den ATV Bänden, Ulmann's Enzyklopädie und anderer Fachliteratur sowie Fachzeitschriften, wie z.B. Korrespondenz Abwasser, etc. beschrieben sind, und/oder auf dem Markt erhältlich sind. Es können auch verfahrensunterstützende Additive zugesetzt werden.
Kohlenstoffentfernung umfaßt alle Verfahren zur Entfernung des Kohlenstoffs aus einer Flüssigkeit. Hierunter fallen alle dem Fachmann bekannten Verfahren wie z.B. Oxidation durch Mikroorganismen, z.B. Adsorptionsverfahren, z.B. Fällungverfahren und z.B. chemische Oxidationsverfahren, etc., wie sie z.B. in den ATV Bänden und anderer Fachliteratur sowie Fachzeitschriften, wie z.B. Korrespondenz Abwasser, etc. beschrieben sind, und/oder auf dem Markt erhältlich sind.
1.2 Gegenüberstellung der häuslichen Abwasserteilströme
Die meisten Menschen wissen wenig über das von unserer Zivilisation produzierte Schmutzwasser. Ihnen ist in der Regel unbekannt, daß es sich aus ganz verschiedenen "Abwässern" zusammensetzen kann. Der Begriff Abwasserteilstrom wird im Sinne dieser Erfindung gleichbedeutend mit Teilstrom verwendet.
Die folgende Tabelle 1 faßt die ungefähre Verteilung der Inhaltsstoffe aus Schwarz- und Grauwasser zusammen. Die Spalten Schwarz- und Grauwasser zeigen dabei die prozentuale Verteilung der Abwasserinhaltsstoffe:
* Werte für die Verwendung Phosphatfreier Waschmittel
Die in Tabelle 1 angegebenen Werte sind Maximalwerte, die in Einzelfällen variieren können. Es liegen noch zu wenig gesicherte Erhebungen vor. Aus Tabelle 1 wird ersichtlich, wie wenig sinnvoll eine Vermischung von Schwarz- und Grauwasser ist. Bei Mangel an Nährstoffen im Grauwasser oder in jeder Kombination aus Grauwasserteilströmen kann zum vollständigen Abbau des Kohlenstoffs ein Teil der aufoxidierten Nährstoffe des Schwarzwassers zugesetzt werden.
Tabelle 2 zeigt, aus welchen Quellen die einzelnen Stofffrachten resultieren:
Tabelle 2 zeigt die unterschiedlichen Frachten von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor der Quellen Grauwasser, Kot und Urin. Das unterschiedliche Frachtenprofil der Quellen Kot und Urin hinsichtlich der Parameter Kohlenstoff und Stickstoff rechtfertigt eine getrennte Erfassung und/oder Behandlung des Urinalabwassers.
Schwarzwasser Abwasser aus Toiletten und Urinalen wird,wie vorstehend erwähnt, als Schwarzwasser bezeichnet. Es setzt sich aus Kot, Urin und Wasser zusammen. Im Urin sind über 80 % des täglich vom Menschen produzierten Stickstoffs (Harnstoff) in Wasser gelöst. Im Kot sind in fester Form ca. 50 % des täglich vom Menschen produzierten Kohlenstoffs und über 50 % des Phosphors sowie 10 % des Stickstoffs zu finden. Fast die ganze Palette an Verunreinigung ist hier zu finden: Kohlenstoff, Phosphor und Kalium hauptsächlich im Kot, Stickstoff hauptsächlich im Urin. Außerdem enthält Schwarzwasser krankheitserregende Bakterien aus dem menschlichen Darmtrakt (man spricht von Coliformen Bakterien). Die Bakterien, die sich im abgesetzten Schlamm befinden, können durch die anschließende Vergärung und Kompostierung, die sich im Wasser befindenden müssen durch eine Sterilisation, vollständig abgetötet werden.
Von der Menge her entspricht das Schwarzwasser etwa 30% des gesamten häuslichen Abwasseranfalls, diese Menge kann allerdings durch Wahl der geeigneten wassersparenden Toiletten auf unter 15% reduziert werden. Hier gilt es immer genau nachzurechnen: Die Baukosten und Betriebskosten des Verfahrens können durch die Abtrennung des Schwarzwassers drastisch reduziert werden, aber es muß ein zweites Kanalnetz verlegt werden. Da es jedoch parallel mit dem sowieso zu verlegenden Kanalnetz gelegt werden kann, kommen nur die Rohrkosten und geringfügige Mehrkosten für den Bau des Leitungsnetzes hinzu.
Bei naturwissenschaftlicher Sichtweise bestehen Fäkalien und organischer Müll aus den Stoffen, aus denen auch das Leben besteht: Hauptsächlich Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O), Wasserstoff (H), Stickstoff (N), Schwefel (S) und Phosphor (P), aber auch die ganze Palette von Spurenelementen, wie z.B. Kalium (K). Dabei variieren die Zusammensetzungen je nach Ernährungsgewohnheiten und/oder wirtschaftlichen Gegebenheiten. Umweltrelevant für die Wasserverschmutzung sind hauptsächlich Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor. Sie werden energieintensiv produziert, und sie werden für teures Geld mit konventionellen Kläranlagen aus dem Wasser entfernt.
Kohlenstoff wird im Wasser zusammen mit Sauerstoff von Bakterien zu CO2 biologisch umgesetzt, verbraucht wird dabei also viel Sauerstoff. Das hat unter anderem die Folge, daß die Fische im Wasser ersticken. Pflanzen können das entstandene CO2 wieder aus der Luft aufnehmen und verwerten. Kohlenstoff ist also keine Düngersubstanz. Stickstoff, Phosphor und Kalium sind Mangelfaktoren für das Wachstum von Pflanzen und somit die Hauptbestandteile von Dünger. Kalium verhält sich im Wasser umweltneutral, während Stickstoff und Phosphor im Abwasser zu einem explosionsartigen Algenwachstum fuhren können. Algen sind auch Pflanzen, nehmen also auch den Kohlenstoff aus der Luft auf, und führen in Gegenwart von Nährstoffen so zu einer Anreicherung von Kohlenstoff im Wasser, was zur Entwicklung kataboler Nahrungsketten und zu einer starken Sauerstoffzehrung im Wasser und somit zum Absterben der Fische führt. Man sagt dann, ein Gewässer "kippt um" oder "eutrophiert".
Die Nährstoffe sind bei einer Ausbringung in der Landwirtschaft geeignete Düngersubstanzen. Handelsüblicher Mineraldünger besteht unter anderem aus Salpeter (KNO3), und Phosphat (PO4). Genau diese Substanzen werden durch das Verfahren produziert und können in gelöster oder fester Form in die Produktion rückgeführt werden.
Grauwasser
Grauwasser ist das Abwasser aus allen anderen häuslichen Quellen, (vgl. vorstehende Definitionen) wie Duschen, Waschbecken, Waschmaschinen, Küchenabwasser, etc. Das Grauwasser ist praktisch Stickstoff- und Phosphorfrei; es ist somit mit nur verhältnismäßig geringem Aufwand zu höchster Qualität aufzureinigen.
Das Abwasser aus Geschirrspülmaschinen wird allgemein dem Grauwasser zugerechnet, sollte aber aufgrund der Verschmutzungszusammensetzung dem Schwarzwasser zugeleitet werden.
Die Verschmutzung des Grauwassers ist gegenüber der des Schwarzwassers gering und kann mit relativ wenig Aufwand gereinigt werden. Im Grauwasser finden sich Verunreinigungen mit Stickstoff nur in sehr geringen Spuren und es gilt auch als praktisch phosphatfrei, da heute überwiegend mit phosphatfreien Waschmitteln gewaschen wird.
Grauwasser stellt mit ca. 70% - 80% vom täglichen Abwasseranfall die größte Menge dar und ist aus folgenden Gründen für eine Wiederverwertung besonders geeignet:
1. Keine Verunreinigung mit Coliformen Bakterien.
2. Keine ethischen Probleme beim Konsumenten des Trinkwassers.
3. Geringe Kohlenstoffverschmutzung
3. Minimale Verschmutzung mit Stickstoff und Phosphor. Die Produktion von Trinkwasser aus Grauwasser lohnt sich vor allem für Siedlungen in Ländern mit Trinkwasserknappheit, wie z.B den Malediven, wo der m3 Trinkwasser mittlerweile über 6 US S kostet.
Biomüll
Die Biomüllmengen schwanken ganz erheblich. Fallen z.B. in Siedlungen in Deutschland nur ca. 200 Gramm pro Einwohner und Tag an, so sind es in Hotels in Asien über 1,2 kg pro Tag. Im Biomüll sind die verbleibenden Mengen des nicht im Schwarzwasser befindlichen Stickstoffs und Phosphors zu finden.
Stand der Technik
Zentrale Kläranlagen und Kanalnetze
Stand der Technik sind Kläranlagen die Abwasser klären, d.h. die Abwasserinhaltsstoffe teuer entfernen und das gereinigte Wasser über Flüsse dem Meer zuleiten. Dieses Wasser wird somit aufgesalzt und dem Süßwasserkreislauf entzogen. Das Trinkwasser wird z.B. in wasserarmen Gebieten aus Meerwasserentsalzungsanlagen gewonnen, wo das hier vorgestellte Verfahren eine kostengünstige Alternative bietet. Der Stand der Technik umfaßt eine reine Durchflußwirtschaft und hat im wesentlichen folgende nachteiligen Eigenschaften: 1. Vermischung unterschiedlichster Abwasserarten aus Gewerbe, Industrie und Haushalten.
Oft wird auch Regenwasser der Schwemmkanalisation zugeleitet. Diese Vermischung hat Folgen:
• Rückgewinnung und Rückführung der Nährstoffe aus Schwarzwasser wird wegen der Vermischung mit giftigen Industrieabwässern unmöglich.
• Entstehung eines giftigen Klärschlammes aus dem gleichen Grund.
• Einleitung salzarmer Abwässer über die Vorfluter ins Meer und somit eine Verschwendung von Süßwasser, was vor allem in wasserarmen Gebieten erhebliche Kosten verursacht.
• Die hochgradige Verdünnung der Abwasserinhaltsstoffe bedingt deren technisch aufwendige und teure Entfernung.
• Auswaschung ungereinigten Abwassers durch Niederschlagsspitzen 2. Starrheit der zentralisierten Technik. Ein starres System kann nicht flexibel auf die schnellen Änderungen der Anforderungen, wie z.B. in boomenden Tourismusgebieten, reagieren.
Dezentrale Trennung von Schwarz- und Grauwasser
Historisch wurde Schwarzwasser vor allem in Asien getrennt behandelt. Hier sind vor allem die Biogasanlagen in Indien und China, sowie die "Nightsoil" Behandlungsverfahren in Japan und Korea zu erwähnen. Die Verfahrensvariationen kann man wie folgt beschreiben: a) Hitzebehandlung (Heat treatment process)
Nach Grobstoffentfernung gelangt das Schwarzwasser in einen Ausgleichstank zum Mengenausgleich. Nach Erhitzung und einer anschließenden Fest-/Flüssigtrennung wird das Schwarzwasser 1:20 mit Frischwasser verdünnt, und einem Belebtschlammverfahren unterzogen. b) Anaerobbehandlung (Anaerobic digestion process)
Das Schwarzwasser wird nach Grobstoffentfernung und Mengenausgleich einem zweistufigem Anaerobverfahren unterzogen, und nach einer anschliessenden Fest- /Flüssigtrennung 1:20 mit Frischwasser verdünnt, und einem Belebtschlammverfahren zugeführt. c) Aerobes Verfahren (Aerobic digestion process)
Das Schwarzwasser wird nach Grobstoffentfernung und Mengenausgleich aerob behandelt, und nach einer anschließenden Fest-/Flüssigtrennung wird das Schwarzwasser 1 :20 mit Frischwasser verdünnt, und einem Belebtschlammverfahren unterzogen. d) Zweistufiges Belebtschlammverfahren
Das Schwarzwasser wird nach Grobstoffentfernung und Mengenausgleich 1:10 mit Wasser verdünnt und im ersten Belebtschlammverfahren behandelt. Nach einer anschließenden Fest-/Flüssigtrennung wird das Schwarzwasser erneut 1:10 mit Frischwasser verdünnt, und einem zweiten Belebtschlammverfahren unterzogen.
In neuerer Zeit ist die Trennung von Schwarz- und Grauwasser nur in Norwegen und der BRD und nur in wenigen Projekten realisiert worden: e) Grauwasseraufbereitung
Nahe Hamburg wurde in Norderstedt Schwarz- und Grauwasser getrennt erfaßt. Das Grauwasser wird einstufig aufbereitet und danach, wie das unbehandelte Schwarzwasser, der Schwemmkanalisation zugeführt. Die Nachteile dieses Verfahrensansatzes sind in folgenden Punkten zu sehen:
• Die Grauwasseraufbereitung erlaubt allenfalls dessen Wiederverwertung als Spülwasser für Toiletten und Urinale.
• Das Einleiten des unbehandelten Schwarzwassers macht die Schließung des Nährstoffkreislaufes unmöglich. f) Vergärung von Schwarzwasser und Biomüll
In Lübeck wird derzeit ein Wohngebiet mit Schwarz- und Grauwassertrennung geplant. Vorgesehen ist hier die Vergärung des gesamten Schwarzwassers mit Biomüll und die anschließende Ausbringung der Fermentationsbrühe in der Landwirtschaft. Dabei ist vorgesehen, dem ungünstigen C:N Verhältnis durch eine Anreicherung aktiver Biomasse im Anaerobreaktor entgegenzuwirken. Die Nachteile des Verfahrens insbesondere beim Einsatz in wasserarmen Tourismusgebieten sind in folgenden Punkten zu sehen:
• Geruchsfreies Ausbringen der Nährstoffe in Nähe oder auf Tourismusanlagen (z.B. Golfplätze, Parks, Grünanlagen, etc.) ist nicht möglich.
• Mit einer vorgeschalteten Fest-/Flüssigtrennung ließe sich das Volumen der Biogasanlage auf ca. ein Viertel reduzieren bei gleichzeitig erhöhter Betriebsstabilität durch das verbesserte C:N Verhältnis.
• Wassereinsparung ist im Toilettenbereich nur über den Einsatz wassersparender Toiletten möglich, da kein Schwarzwasserkreislauf vorhanden ist. g) Vergärung von Schwarzwasser und Biomüll
In Freiburg ging im Mai 1997 eine Versuchsanlage für die Solarsiedlung "am Schlierberg" nach dem gleichen Lübecker Verfahren (s.u.) in Betrieb. Während der Versuchsphase wurden Versäuerungstendenzen aufgrund des zu niedrigen C:N Verhältnisses festgestellt. Nach den Versuchsergebnissen wurde das Verfahren nach Figur 3 Ende 1997 von den beteiligten Ingenieurbüros modifiziert. Die Nachteile dieses Verfahrens liegen bei Anwendung in wasserarmen Tourismusgebieten im wesentlichen in den gleichen Punkten wie bei dem vorangehend vorgestellten Verfahren. h) Aerobe Schwarzwasseroxidation
In Norwegen in der Nähe von Oslo wurde eine aerob thermophile Oxidationsanlage für das gesamte Schwarzwasser realisiert. Nachteile sind hier in dem hohen Energieverbrauch der CSB-Fraktion und in dem Fehlen der Biogasproduktion zu sehen.
Die im Stand der Technik bekannten Verfahren sind für viele Bereiche der Abwasserentsorgung bzw. -Verwertung jedoch unzureichend. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war somit, ein verbessertes Verfahren zur Abwasserverwertung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen bereitgestellten Ausführungsformen gelöst.
Somit betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verwertung von Abwässern, das folgende Schritte umfaßt:
(a) getrennte Erfassung von Grauwasser und/oder Schwarzwasser; und
(b) Membranfiltration des in (a) getrennt erfaßten Grauwassers und/oder Fest- Flüssigtrennung des in (a) getrennt erfaßten Schwarzwassers.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Verfahren zur Herstellung von Trinkwasser aus Grauwasser oder einem oder mehreren seiner Teilströme, folgende Schritte:
(a) getrennte Erfassung von Grauwasser oder einem oder mehreren seiner Teilströme; und
(b) Membranfiltration des in (a) getrennt erfaßten Grauwassers oder eines oder mehrerer seiner Teilströme.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform wird die Membranfiltration mittels reverser Osmose oder Ultra- bzw. Mikrofiltration durchgeführt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Ultra- bzw. Mikrofiltration eine Entsalzung angeschlossen. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform werden zur Ultra- bzw. Mikrofiltration Membranen mit einer Porengröße bis maximal 2 μm eingesetzt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform werden zur Ultra- bzw. Mikrofiltration Membranen mit einer Porengröße bis maximal 0,2 μm eingesetzt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform sind vor (b) ein oder mehrere mechanische, physikalische und/oder chemische Reinigungsschritte vorgeschaltet.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren nach (a) folgende Schritte:
(i) Fest-/Flüssigtrennung; und/oder
(ii) Kohlenstoffentfernung.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird nach Schritt (ii) eine Fest- /Flüssigtrennung durchgeführt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Fest-/Flüssigtrennung mittels Flotation, Sedimentation, Filtration oder Fällung durchgeführt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Kohlenstoffentfernung mittels Oxidation durch Mikroorganismen durchgeführt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren nach (b) folgenden Schritt:
(c) Hygienisierung und/oder Wasserstrukturänderung des in (b) gewonnen Grauwassers oder eines oder mehrerer seiner Teilströme.
In einer weiteren besonders bevorzugten Aufuhrungsform ist die Hygienisierung eine Chlorierung. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Verwertung von Schwarzwasser, das folgende Schritte:
(a) getrennte Erfassung von Schwarzwasser aus Toiletten mit oder ohne Urinale;
(b) Fest-/Flüssigtrennung des in (a) erfaßten Schwarzwassers;
(c) Oxidation durch Mikroorganismen der in (b) gewonnenen flüssigen Phase;
(d) Fest-/Flüssigtrennung des in (c) gewonnenen Produktes;
(e) Verwertung der in (d) gewonnenen flüssigen Phase zur
(ea) Erfassung von Schwarzwasser gemäß (a); und/oder
(eb) als Mineraldünger; und
(f) gegebenenfalls ein- oder mehrmalige Wiederholung der Schritte (a) bis (ea).
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird in (a) das Schwarzwasser getrennt in Fäkal- und Urinabwasser erfaßt wird, und das Fäkalabwasser gemäß den Schritten (a) bis (f) behandelt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dem Fäkalabwasser zumindest ein Teil des Urinabwassers vor (c) zugesetzt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist bei einer ein- oder mehrmaligen Wiederholung der Schritte (a) bis (ea), die Fest-/Flüssigtrennung in (b) eine Flotation.
Weitere besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind vor (c) ein oder mehrere mechanische, physikalische und/oder chemische Reinigungsschritte vorgeschaltet.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist die Fest- Flüssigtrennung in (d) eine Filtration.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Fest-/Flüssigtrennung in (b) eine Sedimentation oder eine Filtration. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Produkt aus (d) in einem Speicher zwischengelagert wird, und bei erhöhtem Leistungsbedarf der Oxidationsvorrichtung unter Erhöhung der Luftzufuhr wieder zugeführt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird das oxidierte Schwarzwasser und/oder Fäkalabwasser vor der Wiederverwertung einer Hygienisierung und/oder einer Wasserstrukturänderung unterzogen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Feststoffe aus dem Urinabwasser durch Filtration entfernt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Feststoffe aus Grauwasser und/oder Schwarzwasser und/oder Fäkalabwasser einer ein- oder zweistufigen anaeroben Faulung gemeinsam mit oder ohne zerkleinerten Biomüll unterzogen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Trinkwasser in Behälter abgefüllt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Mineraldünger und/oder der Kompost in Behälter abgefüllt.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, die einen Reaktor umfaßt, in dem die Schritte (b), (c) und (d) durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt Membranen, wie vorstehend dargelegt, ferner einen Rührer, einen Belüfter, einen Schwimmschlammabzug sowie optional weitere
Komponenten.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Vorrichtung eine Separationsvoπϊchtung, in der die im erfindungsgemäßen Verfahrens gekennzeichneten Verfahrensschritte durchgeführt werden. Desweiteren betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verwertung von Schwarzwasser.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Trinkwasser aus Grauwasser.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 : zeigt das Schwarzwasser- und Biomüllmodul. Hier wird der Schwarzwasserkreislauf mit oder ohne Urinabwasser dargestellt. Zusätzlich wird hier die Verzahnung mit der Biomüllbehandlung dargestellt wobei die Behandlung des Biomülls eine vorzugsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt.
Figur 2: zeigt das Grauwassermodul und seine Rückführung zur Wiederverwendung. Durch die Unterteilung des Grauwassers in drei separate Abwassereinzelströme kann eine voluminöse Vorsedimentation des Grauwassers verhindert werden. Wichtiger Verfahrensschritt ist die Behandlung des Grauwassers und einem oder mehreren seiner Teilströme in einer Entsalzungsanlage. Die Entsalzungsanlage kann hier aufgrund des geringen osmotischen Druckes multifunktional eingesetzt werden. Verfahrensschritt 2d zeigt die optionale Verzahnung mit dem Biomüllmodul.
Figur 3: zeigt den Kreislauf der Nährstoffe zwischen Anfall und Verwertung. Insbesondere ist hier dargestellt der Kreislauf des Kompostwassers und die erreichbare Konzentration der Nährstoffe.
Figur 4: zeigt beispielhaft eine mögliche Kompaktausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung des Schwarzwassermoduls. Insbesondere ist hier dargestellt ein Aktivschlammspeicher der den gesamten Modul eine flexible Anpassung auf die Mengen- und Frachtentagesganglinie eines Hotels oder Siedlung etc.
Figur 5: zeigt bespielhaft den Schwarzwasserkreislauf in Ausführungsform dieses kompakten Schwarzwassermoduls.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der Figuren 1 & 2 näher erläutert.
Um das hier vorgestellte neue Verfahren optimal einsetzen zu können, muß ein getrenntes Schwarz- und Grauwasserableitungsnetz vorhanden sein. Beispielsweise in Hotelkomplexen sollte dieses neu zu installierende Ableitungsnetz zusätzlich zu dem bestehenden leicht im Zuge einer Renovierung oder eines Neubaus in den Versorgungsschächten zu realisieren sein, bei entsprechender Planung auch im laufenden Hotelbetrieb.
In europäischen Tourismusgebieten sind nur zum Teil Kanalnetze und Kläranlagen vorhanden, die allerdings durchweg durch den ständig wachsenden Tourismus völlig überlastet sind.
In neuerer Zeit werden in Südeuropa ähnliche Infrastrukturen entwickelt, wie sie in anderen Ländern (z.B. Deutschland) in den fünfziger und sechziger Jahren gebaut wurden: Es werden zentrale Kanalnetze installiert und zentrale Kläranlagen neu gebaut oder ausgebaut.
Solche zentralen Lösungen stellen jedoch oft und speziell in Tourismusgebieten mit starken Tourismuswachstumsraten keine dauerhafte Lösung dar, da zentrale Netze und Anlagen nicht mit der rasanten Entwicklung des Tourismus mitwachsen können. Daher sollten grundsätzlich dezentrale Lösungen angestrebt werden, die eine flexible Anpassung der Kapazität an den Bedarf ermöglichen.
Das hier vorgestellte Verfahren ist so flexibel, daß es kostengünstig in eine vorhandene Infrastruktur implementiert werden kann. So können vorhandene zentrale Strukturen aus Kostengründen weiter genutzt werden und durch dezentrale Netze - parallel zu den zentralen - ergänzt werden.
Beispiel 1: Implimentierungsmöglichkeit des Verfahrens in einer Infrastruktur mit zentraler Kläranlage und Kanalnetz
In einer Gemeinde ist ein zentrales Kanalnetz vorhanden und in in vertretbarem Zustand und es ist eine (überlastete) zentrale Kläranlage vorhanden. In diesem Falle kann das vorhandene Kanalnetz zur Sammlung, und die Kläranlage zur Aufbereitung des Grauwassers genutzt werden. Das Schwarzwasser aus Toiletten und Urinalen wird vom zentralen Netz abgehängt und in kleinen dezentralen Netzen gesammelt und in Schwarzwassermodulen aufbereitet und rückgeführt. Damit wird zusätzlich zur möglichen Grauwasserwiederverwertung die Kapazität der vorhandenen Kläranlage erheblich vergrößert; die Überlastung wird so vermieden und eine gute Ablaufqualität ist gewährleistet.
Beispiel 2: Implimentierungsmöglichkeit des Verfahrens in einer Infrastruktur ohne zentrale Kläranlage und Kanalnetz
In einer Gemeinde ist keine Abwasser - Infrastruktur vorhanden, es gibt also weder eine Kläranlage noch ein Kanalnetz. In diesem Falle können mehrere Gesamtverfahrensmodule (Schwarz- und Grauwassermodule) dezentral eingesetzt werden (z.B. bei jedem größeren Hotel- oder Wohnkomplex).
Die Implementierung des Verfahrens in lokale Infrastrukturen sollte also immer im einzelnen Fall entschieden werden, da sie von vielen lokalen Faktoren, wie Infrastruktur, Preisstruktur für Ab- und Trinkwasser, ggf. Wasser- und Düngerbedarf der Landwirtschaft etc., abhängig ist.
Die folgende Tabelle 3 zeigt einige Implementierungsmoglichkeiten in verschiedene vorhandene Infrastrukturen
Figur 1: Das Schwarzwasser- und Biomüllmodul
Das Verfahren und die Vorrichtung sind vorzugsweise als kompaktes Modul in Kellern von Ein- oder Mehrfamilienhäusern unterzubringen, und machen somit die Installation von Abwasserkanälen gänzlich überflüssig.
Das Verfahren basiert vorzugsweise auf der getrennten Ableitung von Schwarz- und Grauwasser und ebenfalls vorzugsweise auf der Verwendung wassersparender Toiletten. Das aufgearbeitete Ab- und/oder vorzugsweise Schwarzwasser kann nach eventueller Hygienisierung oder Desinfektion in Grünanlagen ausgebracht und/oder dem Grundwasser zugeführt werden.
Das Schwarzwasser- und Biomüllmodul sind eng verzahnt; von daher scheint eine gemeinsame Beschreibung zweckmäßig. Die gestrichelten Verfahrenspfeile oder Umrandungen in der Figur 1 stellen Optionen oder Verfahrensvarianten dar.
Der Schwarzwasserstrom
Das Verfahren wird vorzugsweise ab einer Anschlußgröße von mehr als 20 Toiletten eingesetzt. Ziel dieses Teilstrom - Verfahrens ist die Produktion von Mineraldünger, Kompost und Biogas aus Schwarzwasser. Der wesentlichste Kernpunkt des Verfahrens ist die Kreislaufführung des Schwarzwassers zwischen Toiletten, Fest/Flüssigtrennung, Oxidation (Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfernung) und Fest/Flüssigtrennung. Die Nährstofffrachten lassen sich so beliebig aufkonzentrieren, so daß das Volumen in dem die Nährstofffrachten gelöst sind sehr klein ist. Ein weiteres Charakteristikum des Teilstromverfahrens ist die Fest- Flüssigtrennung des Schwarzwassers und der Schwarzwasserkreislauf für Kompostwasser, die alle in den folgenden aufgelisteten Verfahrensschritten anhand Abb. 1 erläutert werden. Die Numerierungen in dieser Beschreibung korrespondieren mit den entsprechend numerierten Verfahrensschritten der Figur 1.
Die Verfahrensschritte (1) bis (6) zeigen den Schwarzwasserkreislauf mit oxidativer Nährstoffproduktion ohne Verwendung von Separationstoiletten (dicke Pfeile). Verfahrensschritt (7) zeigt den Abgang des oxidierten Flüssigdüngers. Bei Einsatz von Urinseparationstoiletten zeigen die Verfahrensschritte (1) bis (6) den Fäkalwasserkreislauf. Verfahrensschritt (la) zeigt den Urinabgang der Separationstoilette. Der Verfahrensschritt (lb) entfällt in diesem Fall. Verfahrensschritte (la), (8), und (8a) zeigen das Verfahren unter Einsatz von Urinseparationstoiletten mit reduktiver Nährstoffproduktion.
Die dünnen durchgezogenen Pfeile zeigen Feststoffströme (Schlämme, etc.). Verfahrensschritte (2a), (2b), (3a), (7a) und (7d) münden in (3c) und zeigen den Feststoff- austrag aus dem Schwarzwassermodul in den Biomüllstrom. Die Feststoffquellen können jedoch in allen denkbaren Kombination vor der Zerkleinerung, und/oder vor der Hydrolyse und/oder vor der Methanfermentation zugegeben werden.
(1) Zeigt die Zusammenführung von Fäkal- und Urinabwasser. Das Einsatzgebiet des hier vorgestellten Verfahrens beschränkt sich nicht auf bestimmte Toiletten und Urinale, sondern erstreckt sich über alle Arten von Toiletten mit Wasserspülung und Urinalen. Urinabwasser kann auch gesondert abgeleitet und behandelt werden, wie später anhand Verfahrensschritt (8) erläutert wird.
Vorgeschaltet sein können hier je nach Notwendigkeit ein oder mehrere mechanische, physikalische und/oder chemische Vorklärverfahren, aus denen auch vergärbare Schlämme entstehen können (2b). Die Vorbehandlungsverfahren sollten jedoch möglichst schonend sein, und die grobkörnige Feststoffstruktur des Schwarzwassers zu verbessern und/oder nicht zu zerstören. Reststoffe werden abgetrennt (2a) und können weiterbehandelt werden.
(2) Das so eventuell vorbehandelte Schwarzwasser wird in diesem Verfahrensschritt einer geeigneten FestTFlüssigtrennung zugeführt.
Im Fall, daß beispielsweise keine Nährstoffe aus dem Schwarzwasserkreislauf ausgebracht werden sollen, kann das Nitrat zur Denitrifikation eingesetzt werden. In diesem Fall kann die Fest-/Flüssigtrennung besonders vorzugsweise mittels anaerober Flotation erfolgen.
Vorzugsweise werden zur Fest-/Flüssigtrennung hier Flotations-, Sedimentationsund/oder Filtrationsverfahren eingesetzt.
Der abtrennbare Kohlenstoff im Schlamm des Schwarzwassers (er kann der Biogasproduktion zugeschlagen werden: (3a) & (3c)) wird so vom Hauptanteil vom Stickstoff des Urins in der flüssigen Phase abgetrennt, was wichtig für die Betriebsstabilität der Biogasanlage ist.
(3) Das Schwarzwasser aus Verfahrensschritt (2) wird nun einer Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfernung zugeführt. Als Einleitung in die aerobe Behandlungsstufe (Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfemung) können auch alle Kombinationen oder jede beliebige Kombination von Abwassereinzelströmen in Frage kommen. Der im Schwarzwasser verbleibende gelöste Kohlenstoff gast dadurch als CO2 aus. Die Oxidation durch Mikroorganismen umfaßt auch Nitrifikation (Harnstoff wird zu Nitrat aufoxidiert). Auch die flüssigen Phase aus der Biogasanlage aus Verfahrensschritt (VII) kann hier zugeleitet und aufoxidiert werden.
Vorzugsweise wird hier ein Belebungsverfahren eingesetzt, das mit einem hohen Trockensubstanzgehalt (ca. 15 kgoTS/m3) aktiver Biomasse arbeitet, um das Reaktorvolumen klein zu halten. Dann stellen sich jedoch besondere Anforderungen an die nachgeschaltete Fest-/Flüssigtrennung (4). Die Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfemung von Kohlenstoff und Stickstoff kann einstufig oder zweistufig und zweistufig auch jeweils mehrstufig sein, wobei alle Kombinationen von Festbett- und Belebungsverfahren hier möglich sind.
Die Fest-/Flüssigtrennung des Verfahrensschritts (2) und die Oxidation durch Mikroorganismen (3) kann vorzugsweise in der selben Vorrichtung durchgeführt werden.
Die Nitrifikation läuft störungsfrei und optimal in einem nur kleinen pH - Fenster zwischen pH 6 - 7. Im sauren Bereich werden die nitrifizierenden Bakterien von HNO2- N, im basischen von NH3-N inhibiert. Der Nitrifizierungsprozess geht mit einer pH - Absenkung im Medium einher. Durch die von den verwendeten Toiletten abhängigen Zulaufmengen (Vakuumtoiletten: 7 - 10 l/(PE*d), Spültoiletten: 30 - 60 l/(PE*d)) und den von der verwendeten Fest-/Flüssigtrennung des Verfahrensschrittes (4) abhängigen Oxidationsreaktorgrößen (z.B. Mikrofiltration: Reaktorgröße ca. 27 - 33 1/PE mit 20 kgoTS/m3 Reaktorvolumen) kann es zu erheblichen Versäuerungstößen kommen, gegen die ggf. Gegenmaßnahmen vorgesehen sein können. Vorzugsweise können diese selbstregulierend durch im Reaktor versenkte Puffersubstanzen mit entsprechenden reaktiven Oberflächen abgepuffert werden.
Vorzugsweise wird über (3b) und/oder (5a) ein geeignetes Quantum an nitrifiziertem Schwarzwasser und/oder Urinabwasser und/oder Fäkalabwasser zur beschleunigten anaeroben Denitrifikation in der vorgeschalteten Fest_/Flüssigtrennung zugeführt. Dadurch werden die Feststoffe durch die entstehenden Gasbläschen (N2) an die Oberfläche transportiert und können abgezogen werden. Die denitrifizierenden Bakterien können auch über (III) und/oder (5a) zugegeben werden. Im Fall, daß die Fest-/Flüssigtrennung in der selben Vorrichtung durchgeführt werden, kann auch die abgetrennte Biomasse oder notwendige Teilmengen in der Vorrichtung bleiben. Vorzugsweise ist der Verfahrensablauf a) Fest-/Flüssigtrennung (Verfahrensschritt (2))& Denitrifikation, b) Oxidation durch Mikroorganismen (Verfahrensschritt (3)), und c) Fest-/Flüssigtrennung (Verfahrensschritt (4)) sequenzierend - batchweise betrieben (ähnlich wie SBR) in zwei alterierend beschickten Reaktoren vorzugsweise mit Pufferbehälter. Im Falle eines hochbelasteten Oxidationsreaktors (Verfahrensschritt (3), zweiter Absatz) kann die Beschickung schwallweise erfolgen und mit anschließender Anaerobiose floriert werden. Vorzugsweise finden alle drei Verfahrensschritte in der selben Vorrichtung statt. Im Temperaturbereich unter ca. 28°C besitzt Nitrosomonas (NH4 + -> NO2) eine langsamere Stoffwechselkinetik als Nitrtobacter (NO2 " -> NO3 '). Somit wird das im Oxidationsreaktor entstehende NO2 " schnell verstoffwechselt und das Enstehen des toxischen HNO2-N verhindert. Im höheren Temeraturbereich ist jedoch die Stoffwechselgeschwindigkeit von Nitrosomonas schneller als die von Nitrobacter. Dadurch kann es zu einer Akkumulation von HNO2-N im Reaktor kommen und den Nitrifizierungsprozess inhibieren. Da eine der Zielgruppen des hier vorgestellten Verfahrens Hotelkomplexe in heißen und sonnigen Gebieten sind und da durch die freiwerdende Oxidationswärme sich der Reaktor selber erwärmt, müssen hier ggf. geeignete Gegenmaßnahmen (z.B. Verfahren mehrstufig gestalten, Verwenden von gekühlter Belüftungsluft, Erhöhung der Konzentration aktiver Biomasse, oder langsame Adaption der Bakterienpopulation) getroffen werden. (4) Das flüssige Produkt aus (3) wird nun einer weiteren Fes Flüssigtrennung unterzogen. Diese kann simultan im Verfahrensschritt (3) mittels geeigneten Filtrationsverfahren vollzogen werden, um die Biomasse in (3) unabhängig von Sedimentationsgrenzen erhöhen zu können. Hierbei stellen sich folgende Anforderungen:
• Die aktive Biomasse des Belebtschlammes soll zurückgehalten werden.
• Pathogene Bakterien und Mikroorganismen sollen zurückgehalten werden. • Entstehende Huminsäuren und andere Makromoleküle sollen zurückgehalten werden. Es können jedoch auch alle anderen Verfahren zur Fest-/Flüssigtrennung (z.B. Sedimentation) eingesetzt werden, die jedoch den gesamten Verfalirensablauf beeinflussen. So können nach dem Verfahrensschritt (4) und vor dem optionalen Verfahrensschritt (5) ein oder mehrere mechanische, physikalische, chemische und/oder oxidativ biologische Verfahrensschritte zwischengeschaltet werden. Der Überschußschlamm (7a) kann gemeinsam oder getrennt mit dem Rohschlamm des Schwarzwassers über (3 c) der Biogasanlage zugeleitet werden.
Ein Merkmal des Verfahrens ist der Aktivschlammspeicher (7b), mit dem die erforderliche Konzentration an aktiver Biomasse in der Oxidationsvorrichtung in Abhängigkeit der Mengen- und Frachtentagesganglinie des Schwarzwasseranfalls in Verbindung mit bedarfsgeregelter Sauerstoffzufuhr gezielt geregelt werden kann (7c), um konstante Abflußqualität zu gewährleisten. Das führt zu einer wesentlich kleineren Auslegung der Reaktionsvolumina und einem stabileren Prozessablauf gegenüber dem Stand der Technik. Die Prozessführung kann mittels Computer und/oder DFÜ (Datenfernübertragung) erfolgen. Eine sensorgestützte Betriebsüberwachung kann vorgesehen sein.
Die bedarfsabhägige und steuerbare Biomassekonzentration in der Oxidationsvorrichtung könnte einen Einfluß auf die besonderen Anforderungen des erfindungsgemäßen Verfahrens haben. So könnten den Versäuerungsstößen und/oder der Anreicherung von HNO2-N in der Oxidationsvorrichtung durch gezieltes Zufuhren aktiver Biomasse und/oder mit Nitrobacter angereicherter Biomasse aus dem Aktivschlammspeicher entgegengewirkt werden. Es ermöglicht der Anlage auch bei entsprechender Steuerung die Anpassung auf die Tagesganglinien bei kleinster Reaktorauslegung.
Im Aktivschlammspeicher können Maßnahmen zur Vorbeugung des autolytischen Verdaus der Biomasse (z.B. Kühlung) getroffen werden. Überschüssige aktive Biomasse aus dem Speicher (7d) wird der Biogasanlage zugeführt. (5) Das flüssige Produkt aus Verfahrensschritt (4) kann einen optionalen Hygieni- sierungsverfahrensschritt durchlaufen. Durch Wahl des geeigneten Filtrationsverfahrens (4) kann dieser jedoch auch enttfallen. Nach Verfahrensschritt (5) kann ein weiterer Hygienisierungsverfahrensschritt vorgesehen sein. Auf eine Chlorierung des flüssigen Produkts aus (5) sollte jedoch wenn möglich aus Gründen einer Aufsalzungsgefahr im Schwarzwasserkreislauf verzichtet werden, um den entstehenden Mineraldünger pedologisch einwandfrei zu halten.
(6) Das Produkt aus (5) ist eine klare konzentrierte Mineraldüngerlösung, die über einen Speicher zur Spülung der Toiletten und/oder Urinale wiederverwendet werden kann. Der offene Schwarzwasserkreislauf ist so geschlossen. So läßt sich der Toilettenwasserverbrauch von ca. 50 l/(E*d) auf bis maximal zu 0 l/(E*d) reduzieren. Eintrittsvolumen in den Schwarzwasserkreislauf sind ca. 1,5 - 2,2 l/(E*d) aus den menschlichen Ausscheidungen. Das Austrittsvolumen an flüssigem Mineraldünger errechnet sich aus Eintrittsvolumen abzüglich Schlammabzüge und Evaporationsverlusten. Falls diese Abzüge das Eintrittsvolumen gleichen oder übersteigen sollten, muß Wasser diesem Kreislauf zugeführt werden. Im Übrigen wird die zugeführte Fremdwassermenge durch den Wasserverbrauch der Toiletten und Urinale und die im Oxidationsreaktor biologisch verträglichen Stickstoffkonzentrationen bestimmt.
(7) Es entsteht als Endprodukt ein hochkonzentrierter, geruchsfreier flüssiger Mineraldünger, der sich speichern läßt und/oder zur Düngung eingesetzt werden kann. Der Kohlenstoffanteil in der Mineraldüngerlösung ist so gering, daß Denitrifikationsprozesse kaum stattfinden.
Durch das geringe Volumen ist eine Trocknung möglich, und das anschliessende Weiterverarbeiten und/oder Verpacken des Mineraldüngers kann Verfahrensbestandteil sein. Bei der Speicherung der flüssigen Nährlösung sollte auf Luftabschluß und Dunkelheit geachtet werden, da sich sonst photo- und oder chemoautotrophe Organismen ansiedeln können, die über den Eintrag von Kohlenstoff empfindliche Stickstoffverluste durch anschließende Denitrifikation verursachen können.
(8) Generell gilt: Eine Vereinigung von aufoxidiertem und nitrifiziertem stickstoffhaltigen Abwasser mit einer kohlenstoffreichen Fermentationsbrühe führt sofort zu starken Denitrifikationsprozessen und somit zu starken Stickstoffverlusten.
Wie gezeigt, kann die Abtrennung des Stickstoffs vor der Vergärung des Kohlenstoffs über die Fest-/Flüssigtrennung (2) erfolgen. Der Verfahrensschritt (8) zeigt nun das Verfahren unter Einsatz von Urinseparationstoiletten. Auch unter diesen Bedingungen sollte das separat erfaßte Fäkalabwasser einer Fest-/Flüssigtrennung unterworfen werden, um das Volumen der Biogasanlage klein halten zu können. Wenn der flüssige Überstand oxidiert werden soll, um den Schwarzwasserkreislauf zu schließen und NH -N zu NO3-N zu oxidieren, weil damit ein geruchsintensives Ausstrippen des Stickstoffs verhindert wird, kann man, da Gleiches für das Urinabwasser gilt, das Urinabwasser mit dem Fäkalwasserüberstand wiedervereinigen. Daher macht der Einsatz von Separationstoiletten beim oxidativen Ausbringen der Nährstoffe (Mineraldünger (KNO3, P2O5, K2O, etc.)) wenig Sinn. Der Einsatz von Urinseparationstoiletten macht in diesem Verfahren nur Sinn, wenn man die Nährstoffe des Urinabwassers anaerob ausbringen will. Dann kann der Urin nach einer Filtration zur Entfernung pathogener Mikroorganismen mit der ausgefaulten Fermentationsbrühe aus der Biogasanlage vereinigt werden (8a), ohne das es zu Denitrifikationsprozessen kommt.
Das reine Urinabwasser kann auch nach Filtration gesondert der Trocknung und/oder Nutzung (Ausbringen) und/oder Weiterverarbeitung zugeführt werden (8a). Auch eine Aufkonzentrierung durch reverse Osmose ist sinnvoll.
Auch der gezielte Einsatz einer MAP-Fällung (Magnesiumammoniumphosphat), oder anderen Fällverfahren im Urinabwassers optional nach einer Hygienisierung wäre hier denkbar. Bei einem Fällverfahren im sauren Medium wäre vor der Wiedervereinigung eine anaerobe Hydrolyse des Urinabwassers zur Ansäuerung sinnvoll, um im Urinabwasser das NH3 - NH4 + Löslichkeitsgieichgewicht zugunsten der NH4 + - Konzentration zu verschieben.
Auch adsorptive Verfahren für Ammonium (wie Tonmineralien, Zeolite, etc.) können sinnvoll und somit Verfahrensbestandteil sein. Auch Kombinationen aus Fällung, Adsorption und/oder Trocknung sind möglich.
Auch Sterilisations, oder Hygienisierungsschritte vor, nach oder anstelle einer Filtration wären denkbar.
Die Fes Flüssigtrennung des Fäkalabwassers ist nach wie vor sinnvoll, um das Volumen der Biogasanlage klein zu halten. In diesem Fall kann das Fäkalabwasser aus Verfahrensschritt (3) durch den Wegfall von ca. 88 % des Stickstoffs unter erheblich geringerem Energieverbrauch oxidiert werden als mit dem Urinabwasser, was die Betriebskosten der Oxidationsvorrichtung im Schwarzwasserkreislauf stark verringern würde. Auch die Reaktorgröße der Oxidationsvorrichtung wäre deutlich geringer. Die reduktive Nährstoffausbringung des Urinabwassers ergänzt gut die oxidativen Nährstoffausbringung des Fäkalabwassers und verhindert die Probleme der oben beschriebenen Verfahrensschritte (3) und (4). Allerdings muß mit Stickstoffverlusten durch NH3 Ausgasungen gerechnet werden.
Der Biomüllstrom
Im Folgenden wird der Biomüllstrom und seine Verzahnungen mit dem Grau- und Schwarzwasserkreislauf beschrieben. Zusammengefaßt soll das Ziel dieses Verfahrensteilstroms eine gute Biogasausbeute und eine weitgehende Hygienisierung des organischen Materials sein.
(I) Der Biomüll in Hotels fällt nur an wenigen Orten an, und ist somit oft ohne Sortieren separierbar. Der Biomüll fällt hauptsächlich an in
• Großküchen
• Restaurants
• Garten & Parkanlagen
Bei entsprechender Schulung des Personals ist eine hohe Sortenreinheit leicht erreichbar. Isoweit ist die Separation als optionaler Verfahrensbestandteil vorgesehen. Eine Reststoffabtrennung mittels Separation durch spezifisches Gewicht oder andere Verfahren kann jedoch als zusätzlicher Verfahrensbestandteil auch an anderer Stelle des Biomüllstromes (z.B. (III)) vorgesehen sein. Die Rest- oder Störstoffe werden abgetrennt und können einer weiteren Bearbeitung zugeführt werden.
(II) Der möglichst sortenreine Biomüll wird nun einer Zerkleinerung unterworfen. Die Zerkleinerung kann mit oder ohne die Schlämme aus dem Schwarzwasserstrom ((2b), (3a), (7d) und/oder (7a)) erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Biomüllzerkleinerung ohne die Schlämme mit einem "Cutter", wie er in großen Metzgereien zur Wurstproduktion eingesetzt wird. Cutter bewirken eine sehr gute Zerkleinerung und Homogenisierung des Biomülls.
(III) Die aus den Verfahrensschritten (3a) und (7a) abgetrennten Schlämme werden hier beispielsweise mit zerkleinertem Biomüll vermischt und einer Hydrolyse zugeführt. Würde man anstelle des Schwarzwassersedimentats aus (3a) das gesamte Schwarzwasser mit dem Biomüll zur Vergärung benutzen (keine Urinabwasserseparation, und (3) wird (3a) und (3c) zugegeben), so können die hohen Konzentrationen von Stickstoff eine Gefährdung des Methanisierungsprozesses in der Biogasanlage bewirken. Die Sedimentation des Schwarzwassers zur Abtrennung des Stickstoffs (Harnstoff) vor der Vergärung ist somit ohne den Einsatz von Urinseparationstoiletten verfahrenstechnisch empfehlenswert. Zudem kann die notwendige Größe der Biogasanlage durch die Sedimentation reduziert werden. Beim Einsatz von Urinseparationstoiletten kann das gesamte Fäkalabwasser in die Biogasanlage geleitet werden ((3) über (3a) und (3c)), ohne daß eine Hemmungsgefährdung des Methanisierungsprozesses befürchtet werden muß, da über 80 % des Stickstoffs im Urin gelöst sind. So würde eine Hygienisierung des Fäkalabwassers und eine Erhöhung der Biogasausbeute bewirkt werden, aber auch eine wesentlich größere Auslegung der Biogasanlage.
Vorzugsweise wird die Hydrolyse thermophil mit der geeigneten Retentionszeit betrieben, um eine gleichzeitige Hygienisierung des organischen Materials zu erreichen.
(IV) Das hydrolysierte Material wird in diesem Verfahrensschritt einer vorzugsweise mesophilen Methanfermentation unterzogen. Die Methanfermentation ist die Schnittstelle zum Grauwassermodul. Das abgeschiedene Material aus den Fettabscheidern oder Flotationsverfahren des Küchenabwassers wird direkt in den Methanfermenter zugegeben, da die Hydrolyse von Fetten der geschwin- digkeitslimitierende Schritt im anaeroben Katabolismus von Fetten ist.
(V) Die ausgefaulte Fermentetionsbrühe kann nun einer optionalen Fest- Flüssig- trennung unterzogen werden. Der flüssige Überstand enthält viele Nährstoffe und kann der Oxidation (3) zugeführt werden (VII), oder vorzugsweise vor der Filtration dem reduktiven Verfahrensstrang des Urinabwassers (Vllb).
(VI) Das ausgefaulte Produkt aus (V) oder (VI) kann nun direkt ausgebracht, getrocknet, oder weiterverarbeitet werden. Im Falle einer Kompostierung kann das Wasser zum Bewässern des Komposts aus dem Grauwasser, oder aus behandeltem Fäkal- und/oder Urinalabwasser bezogen werden. Danach wird es aufgefangen und kann über Verfahrensschritt (Vlla) der Oxidation oder dem reduktiven Urinabwasserstrom zugeführt werdenzugeleitet werden. (VII) Mit der Flüssigkeitzufuhr aus (VII) und/oder (Vlla) können Flüssigkeitsverluste des Schwarzwasserkreislaufs ausgeglichen werden. Der Kompostwasserkreislauf ist in Fig. 3 beschrieben
Figur 2: Der Grauwasserstrom
Einleitende Verfahrensbeschreibung
Ziel dieses Verfahrensteilstromes ist die Produktion von hochgereinigtem Brauchwasser. Dabei kann als finales Ziel die Produktion von Trinkwasser aus Grauwasser oder Teilströmen des Grauwasser anstehen. Dieses Ziel kann durch Membranfiltration mittels reverser Osmose und/oder Mikro- und/oder Ultrafiltration mit anschließender Salzentfernung erreicht werden. Hinsichtlich der Membranen muß auf die geeigneten Porengrößen geachtet werden; z. B. zur Rest- CSB Rückhalt, Hygienisierung, etc.
Nach einer optionalen Sedimentation wird der Kohlenstoff im Grauwasser zunächst durch Naßoidation (evtl. unter Zugabe von Nährstoffen des Schwarzwassers) oder andere biologische, chemische oder physikalische Verfahren entfernt. Eine Entfernung von Stickstoff und Phosphor ist nicht notwendig, kann aber durch andere Verfahren (z.B. Fällung des Kohlenstoffs) bedingt geschehen oder als separate(r) biologische(r), chemische(r) oder physikalische(r) Verfahrensschritt(e) vorgesehen sein.
Der beim biologischen Kohlenstoffabbau entstehende Belebtschlamm ist fixiert (Festbettverfahren) oder wird rückgeführt (Belebtschlammverfahren). Der Überschußschlamm oder gefällte Schlamm wird mittels gängigen Fest- /Flüssigtrennverfahren abgetrennt, und kann z.B. einer Biogasanlage zugeleitet werden.
Die in der flüssigen Phase verbleibende schwer abbaubare CSB Fraktion kann durch Ozonisierung oder andere Verfahren zu CO2 aufoxidiert, und/oder durch andere biologische, chemische oder physikalische Verfahren entfernt werden. Nach einer optionalen weiteren Fest-/Flüssigtrennung (z.B. Filtration) werden die im Grauwasser verbleibenden Substanzen anschließend durch Aktivkohleafiltration oder andere Verfahren (z.B. Filtrations- oder Adsorptionsverfahren) entfernt.
Da Grauwasser relativ wenig Salze enthält, ist eine Salzentfernung (z.B. reverse Osmose) z.B. bei permanenter Beimischung von salzarmen Trinkwasser in regenreichen Gebieten nicht vorgesehen, kann aber Verfahrensbestandteil sein. In Gebieten mit extremen Wassermangel kann das oxidierte Grauwasser durch die oftmals bereits bestehenden Meerwasserentsalzungsanlagen multi funktional zu Trinkwasser aufbereitet werden: Gleichzeitiger Rückhalt von Salzen, pathogenen Mikroorganismen, sowie evtl. noch vorhandenen Nährstoffen und Rest-CSB kann erreicht werden.
Nach einer Hygienisierung und optionalen Chlorinierung wird es dem Trinkwasserspeicher zugeführt. Die Hygienisierung und die Chlorierung sind Verfahrensoptionen.
Ein Verfahrensschritt zur Veränderung oder Neutralisierung der Wasserstruktur kann hier an geeigneter Stelle (z.B. nach Aktivkohleadsorption) zwischengeschaltet werden. Eine Grundwasseφassage kann dem Verfahren aufgrund der gesetzlichen Vorschriften ebenfalls zwischengeschaltet sein, ist aber verfahrenstechnisch nicht notwendig.
Verfahrensbeschreibung anhand der Figur 2
Auch in Figur 2 stellen getrichelte Kästen oder Linien und Pfeile Optionen und Verfahrensvarianten dar.
(1) Vorgeschaltet sein können hier übliche mechanische und/oder physikalische und/oder chemische Vorbehandlungsverfahren für das Grauwasser oder einen oder mehrere seiner Teilströme sein (z.B. Rechen, Sand- und Leichtstoffabscheider, etc.). Zweckmäßiger erscheint hier eine Unterteilung des Grauwassers in Grauwasserteilströme nach ihren Quellen und Verschmutzungscharakteristika.
(2) In den Küchenabwässern befinden sich Fette, Öle, aufschwimmende und absetzbare Feststoffe sowie Tenside und gelöste organische Substanzen. Hier empfielt sich als Vorbehandlungsverfahren eine Flotation, mit der die Fette, Öle, aufschwimmende und absetzbare Feststoffe sowie Teile des gelösten BSB und CSB abgezogen und in den Methanfermenter des Schwarzwasser und Biomüllmoduls eingeleitet werden können. Auch der Einsatz von Fettabscheidern, Filtration, Fällungs und anderen Abscheideverfahren ist hier möglich.
(3) Ein gesondertes Erfassen der Küchenbetriebs- (2) und Küchenreinigungsabwässer (3) und eine anschließende Grob- Feinsiebung wäre aufgrund der besonderen Verschmutzungscharakteritika überlegenswert. Auch ein Separieren der Küchenreinigungsabwässer (3) vom Grauwasserstrom und/oder ein getrenntes Reinigen aufgrund der aggressiven Reinigungssubstanzen ist möglich.
(4) Haare und andere faserartige Stoffe finden sich neben Tensiden und anderem in den Grauwasserquellen Duschen, Waschbecken, Badewannen und Waschmaschinen. Hier muß zudem mit einem antropogenen Stickstoffeintrag gerechnet werden. Von daher empfielt sich ein gemeinsames Erfassen und Vorbehandeln mit einem Grob- und Feinsiebverfahren der Grauwasserquellen "Waschen".
(5) Der Bereich Pool und/oder Rest besteht aus den Rücklaufschlämmen der Poolwasserreinigungsanlage, dem auszuwechselnden Poolwasser selbst, und anderen Grauwasserquellen zumeist im Außenbereich. Durch hunanogenen Eintrag finden sich hier Köφeröle, Stickstoff und andere Nährstoffe sowie Salze, die über die Haut ausgeschwitzt, aber auch durch das Chlorieren des Poolwassers eingetragen werden. Seuchenhygienische Bedenken bestehen wegen der permanenten Chlorierung des Poolwassers nicht, sodaß sich dieses Grauwasser unter Vermeidung einer Überdüngung (die N-Frachten sind im Vergleich zu Schwarzwasser gering) ohne eine Aubereitung zum Bewässern und Düngen nahegelegener Grünflächen eignet.
(6) Der geringe Nährstoffgehalt des Grauwasserstromes Pool und/oder Rest wäre allerdings auch bei der nachfolgenden Oxidation (Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfernung) der anderen Grauwasserströme nützlich, so daß eine Feinsiebung und/oder Filtration und ein anschließendes Zuleiten zur Oxidation sinnvoll ist.
(7) Die vorbehandelten Grauwasserströme werden vor der Oxidation (Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfemung) wiedervereinigt und einem geeigneten Oxidationsverfahren durch Mikroorganismensverfahren (belüfteter Sandfilter, Pflanzenkläranlage, unbepflanzter vertikal intermittierend beschickter Bodenfilter, etc.) zugeführt. Im Fall eines Nährstoffmangels kann hier Mineraldüngerlösung aus dem Schwarzwasserkreislauf zugegeben werden. Nach Verfahrensschritt (7) und vor Verfahrensschritt (8) können noch ein oder mehrere mechanische, physikalische, chemische und/oder biologische Reinigungsverfahren zwischengeschaltet werden.
(8) Das flüssige Produkt aus (7) wird nun durch eine Entsalzungsanlage aufgereinigt. Damit können folgende Ziele simultan erreicht werden:
• Rückhalt der Salze
• Rückhalt der Restbiomasse
• Rest - CSB Rückhalt
• Hygienisierung Da in vielen Tourismusgebieten Trinkwasser aus Meerwasserentsalzungsanlagen bezogen wird, kann das gereinigte Grauwasser mit Meerwasser gemischt odergesondert auch zentral in einer Meerwasserentsalzungsanlage zu günstigeren Konditionen wegen des geringeren osmotischen Drucks zu Trinkwasser aufbereitet werden. Der salzige Rückstand der Entsalzungsanlage wird ins Meer geleitet (14).
(9) Das Produkt aus (8) kann nun einer Hygienisierung unterzogen werden (Verfahrensschritte (12) und (13)) oder optional einem Verfahren zur Änderung der Wasserstruktur zugeführt werden.
(10) Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme kann vor der Wiederverwendung und/oder Speicherung (11) des aufgereinigten Grauwassers eine Chlorierung zwischengeschaltet werden.
Figur 3: Fließdiagram der Schwarzwasserinhaltsstoffe
In der Figur 3 ist die Schwarzwassersedimentation, sowie der oxidative Nährstoffab- zug aus dem Biomüllstrom als Fließdiagram dargestellt. C, N, P, K, bedeuten dabei die reduzierten organischen Verbindungen dieser Elemente, CO2, KNO3, und PO4 die oxidierten. CH4 bedeutet den Abzug des Kohlenstoffs als Energieträger (Biogas).
Kohlenstoff: Ein wertvoller Energieträger.
Der Kohlenstoff muß aus dem Abwasser entfernt werden. Das geschieht auf zwei Arten: Erstens durch Absetzen (1) (Schlamm ist schwerer als Wasser) und zweitens durch biologisches "Verbrennen" (2) des restlichen gelösten Kohlenstoffes durch Bakterien. Der Hauptanteil des Kohlenstoffes liegt also jetzt als Schlamm und Abfall ((1) & (2)) vor. Diese kann man entweder kompostieren (6), was auch ein biologisches "Verbrennen" der biologisch leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen ist. Dabei wird viel Energie frei. Jeder kennt die dampfenden Komposthaufen auf dem Land. Diese Abwärme des Kompostierens läßt sich jedoch kaum nutzen. Eine andere Möglichkeit ist, unter Luftabschluß die leicht abbaubaren Kohlenstoffverbindungen zu vergären (4). Da Sauerstoff nun nicht mehr vorhanden ist, entsteht statt CO, nun Biogas (CH4). Dieser Energieträger läßt sich vielseitig verwenden.
Da nicht alle Kohlenstoffverbindungen unter Luftabschluß abgebaut werden können, kann man daran anschließend das vergorene organische Material kompostieren (6) und erhält sogar einen hochwertigeren Kompost als vorher. N, P & K: Lebenselexier für Anbauflächen.
Pflanzen nehmen Stickstoff in zwei Formen über die Wurzeln auf: Als Nitrat NO3 oder als Ammonium NH4. Phosphor wird als Phosphat PO4 aufgenommen, und Kalium als Kaliumion K+. Durch das biologische "Verbrennen" des Kohlenstoffs im Abwasser (2) wird neben CO2 auch viel Kalium, Nitrat und Phosphat frei, die allerdings im Wasser gelöst bleiben.
Diese sogenannten Problemsubstanzen, die bei einer Ableitung des gereinigten Abwassers in Flüsse oder Seen teuer entfernt werden müssen, sind im Falle einer Anbaufläche hochwillkommene Düngersubstanzen, wenn das gereinigte Abwasser zum Bewässern der Anbaufläche verwendet wird. Handelsüblicher Mineraldünger besteht aus Salpeter KNO3, also Kaliumnitrat und Phosphat PO4. Genau diese Substanzen werden durch das Verfahren produziert und können in gelöster Form auf die Anbaufläche aufgebracht werden.
Beim Bewässern (Figur 3: (7), Figur 1 : (VIIc)) der Stufe Kompostieren (Figur 3: (6), Figur 1 : (VI)) werden nicht nur Kalium, Nitrat und Phosphat ausgewaschen, sondern auch Kohlenstoffsubstanzεn; diese entfernt man durch nochmaliges Einleiten des "Kompostwassers" in die aerobe Behandlungsstufe (Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfernung) (Figur 3: (2), Figur 1: (Vlla)). Dadurch wird der organisch gebundene Stickstoff im Bewässerungswasser der Kompostierungsstufe (Figur 3: (6), Figur 1: (VI)) und/oder des Entwässerungswassers der Entwässerungsstufe (Figur 3: (5), Figur 1: (V)) der Biogasanlage zu Nitrat oxidiert und führt so durch das Kreislaufsystems des Wassers zu einer starken Anreicherung von Nährstoffen im Ablauf der Abwasserbehandlungsanlage.
So erzielt man eine maximale Konzentration an Pflanzennährstoffen in dem klaren und sauberen Bewässerungswasser.
Figur 4 und Figur 5: Schwarzwasser- und Biomüllmodul mit multifunktionaler Fest-/Flüssigtrennung
Die Figur 4 zeigt den Einsatz des Verfahrens als kompaktes Modul, das in Kellern installiert werden kann. In NichtVegetationsperioden (Winter) kann die Produktion von Mineraldünger nicht wünschenswert sein. Ein weiteres Merkmal des Verfahrens ist die zu- und abschaltbare Denitrifikation sowie biologische Phosphatentfemung, da die Ausbringung von Nährstoffen auf Grünflächen im Winter nicht wünschenswert ist.
Das Verfahren wird nun anhand der Figuren 4 & 5 näher erläutert: Das Rohabwasser oder vorzugsweise Schwarzwasser wird über eine Leitung (1) in eine Kammerfilteφresse geleitet. Diese Kammerfilteφresse kann durch andere gängige Verfahren zur Fest- Flüssigtrennung ersetzt werden. Das feststoffhaltige Filtrat kann mit der Vorrichtung zur Fest- Flüssigtrennung auf einen gewünschten Trockensubstanzgehalt eingestellt werden, was zur Volumenverringerung der Reduktionsvorrichtung wünschenswert ist.
Das feststoffhaltige Filtrat wird über eine Leitung (2) getrennt oder zusammen mit dem Biomüll (3) in eine Reduktionsvorrichtung zur anaeroben Konditionierung und Produktion von Biogas geleitet.
Nach Ausfaulung des organischen Materials wird die Fermentationsbrühe über die Leitung (Fig. 4: (10), Fig. 5: (11)) wieder in die Vorrichtung zur Fest- Flüssigtrennung geleitet. Der dabei entstehende Filterkuchen (Fig. 4: (11), Fig. 5: (12)) kann über eine Abfalltonne entsorgt, im Garten ausgebracht, oder weiter aufbereitet werden.
A. Nährstoffvertwertung
Die flüssigen Filtrate aus (Fig. 4: (11), Fig. 5: (12)) und (1) werden bei erwünschter Nährstoffaufbereitung und -ausbringung oder -speicherung über Leitung (4) der Oxidationsvorrichtung (Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfernung) zugeführt. Bei der Oxidation (Oxidation durch Mikroorganismen und/oder Kohlenstoffentfernung)werden die Kohlenstoffverbindungen zu CO, oxidiert und die Nährstoffe zu KNO3, K2O, PO4, etc. mineralisiert. Nach vollständiger Oxidation wird die dabei entstehende aktive Biomasse über Leitung (5) der Vorrichtung zur Fest- Flüssigtrennung zugeführt und abgepresst. Auch hier lassen sich die gewünschten Trockensubstanzgehalte einstellen. Das feststofffreie mineralisierte Schwarzwasser wird erneut über Leitung (Fig. 5: (9)) zur Toilettenspülung verwendet. Somit wird das Schwarzwasser in einem offenen Kreislauf geführt, in dem die Nährstoffe aufkonzentriert werden.
Die abgepresste Biomasse wird über die Leitung (6) in einen Aktivschlammspeicher geleitet. Im Aktivschlammspeicher können Maßnahmen zur Vorbeugung des autolytischen Verdaus der Biomasse getroffen werden. Bei hohem Bedarf der Oxidationsvorrichtung an aktiver Biomasse (bei hohem Mengendurchfluß und/oder hohem Verschmutzungsgrad) wird die aufkonzentrierte aktive Biomasse der Oxidationsvorrichtung zugeführt und entsprechend die Sauerstoffzufuhr erhöht, und so die Abbaugeschwindigkeit gesteigert. Überschüssige aktive Biomasse über Leitung (8) wird der Reduktionsvorrichtung zugeführt.
B. Keine Nährstoffverwertung
Bei nicht gewünschter Nährstoffverwertung wird nach vollständiger Oxidation der oxidierte Stickstoff (NO3) beispielsweise in der Oxidationsvorrichtung mittels gängiger Verfahren denitrifiziert und Phosphor biologisch fixiert oder auf andere Weise entfernt. Dies geschieht vorzugsweise in der Oxidationsvorrichtung, die durch Abstellen der Belüftung und Rühren zur Reduktionsvorrichtung wird. Dabei kann Kohlenstoff über Leitung (4) bereitgestellt und zugemischt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Denitrifikation durch die durch den Schwarzwasserkreislauf verfugbaren hohen Nitratkonzentrationen zur Flotation in der ersten Fest-/Flüssigtrennung des Schwarzwassers und/oder Fäkalabwassers eingesetzt werden. Da im Aktivschlammspeicher eine hohe Konzentration von fakultativen anaeroben Bakterien zu finden ist, kann die Denitrifizierung durch Zugabe von aktiver Biomasse auch über Leitung (7) sehr effizient gesteigert werden.
Bei Bedarf kann intermittierend belüftet werden und/oder zusätzliche Fest- Flüssigtrennungen im Abbauprozess zwischengeschaltet werden. Überschüssige aktive Biomasse wird über Leitung (8) der Reduktionsvorrichtung zugeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Verwertung von Abwässern, das folgende Schritte umfaßt:
(a) getrennte Erfassung von Grauwasser und/oder Schwarzwasser; und
(b) Membranfiltration des in (a) getrennt erfaßten Grauwassers und/oder Fest- /Flüssigtrennung des in (a) getrennt erfaßten Schwarzwassers.
2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Trinkwasser aus Grauwasser oder einem oder mehreren seiner Teilströme, das folgende Schritte umfaßt:
(a) getrennte Erfassung von Grauwasser oder einem oder mehreren seiner Teilströme; und
(b) Membranfiltration des in (a) getrennt erfaßten Grauwassers oder eines oder mehrerer seiner Teilströme.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Membranfiltration mittels reverser Osmose oder Ultra- bzw. Mikrofiltration durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Ultra- bzw. Mikrofiltration eine Entsalzung angeschlossen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei zur Ultra- bzw. Mikrofiltration Membranen mit einer Porengröße bis maximal 2 μm eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei zur Ultra- bzw. Mikrofiltration Membranen mit einer Porengröße bis maximal 0,2 μm eingesetzt werden.
7. Verfahren nach einer der Ansprüche 2 bis 6, wobei vor (b) ein oder mehrere mechanische, physikalische und/oder chemische Reinigungsschritte vorgeschaltet sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, das nach (a) folgenden Schritte umfaßt: (i) Fest- Flüssigtrennung; und/oder (ii) Kohlenstoffentfemung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei nach Schritt (ii) eine Fest-/Flüssigtrennung durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Fest-/Flüssigtrennung mittels Flotation, Sedimentation, Filtration oder Fällung durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Kohlenstoffentfemung mittels Oxidation durch Mikroorganismen durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, das nach (b) folgenden Schritt umfaßt:
(c) Hygienisierung und/oder Wasserstrukturänderung des in (b) gewonnen Grauwassers oder eines oder mehrerer seiner Teilströme.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Hygienisierung eine Chlorierung ist.
14. Verfahren nach Anspruch 1 zur Verwertung von Schwarzwasser, das folgende Schritte umfaßt:
(a) getrennte Erfassung von Schwarzwasser aus Toiletten mit oder ohne Urinale;
(b) Fest-/Flüssigtrennung des in (a) erfaßten Schwarzwassers;
(c) Oxidation durch Mikroorganismen der in (b) gewonnenen flüssigen Phase;
(d) Fest-/Flüssigtrennung des in (c) gewonnenen Produktes;
(e) Verwertung der in (d) gewonnenen flüssigen Phase zur
(ea) Erfassung von Schwarzwasser gemäß (a); und/oder
(eb) als Mineraldünger; und
(f) gegebenenfalls ein- oder mehrmalige Wiederholung der Schritte (a) bis (ea).
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei in (a) das Schwarzwasser getrennt in Fäkal- und Urinabwasser erfaßt wird, und das Fäkalabwasser gemäß den Schritten (a) bis (f) behandelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei dem Fäkalabwasser zumindest ein Teil des Urinabwassers vor (c) zugesetzt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei bei einer ein- oder mehrmaligen Wiederholung der Schritte (a) bis (ea), die Fest-/Flüssigtrennung in (b) eine Flotation ist.
18. Verfahren nach einer der Ansprüche 14 bis 17, wobei vor (c) ein oder mehrere mechanische, physikalische und/oder chemische Reinigungsschritte vorgeschaltet sind.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Fest-/Flüssigtrennung in (d) eine Filtration ist.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, 15, 18 oder 19, wobei die Fest- /Flüssigtrennung in (b) eine Sedimentation oder eine Filtration ist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei das Produkt aus (d) in einem Speicher zwischengelagert wird, und bei erhöhtem Leistungsbedarf der Oxidationsvorrichtung unter Erhöhung der Luftzufuhr wieder zugeführt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 21, wobei das oxidierte Schwarzwasser und/oder Fäkalabwasser vor der Wiederverwertung einer Hygienisierung und/oder einer Wasserstrukturänderung unterzogen wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, wobei die Feststoffe aus dem Urinabwasser durch Filtration entfernt werden.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, wobei die Feststoffe aus Grauwasser und/Oder Schwarzwasser und/oder Fäkalabwasser einer ein- oder zweistufigen anaeroben Faulung gemeinsam mit oder ohne zerkleinerten Biomüll unterzogen werden.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei das Trinkwasser in Behälter abgefüllt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei der Mineraldünger und/oder der Kompost in Behälter abgefüllt wird.
27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 24, wobei die Vorrichtung einen Reaktor umfaßt, in dem die Schritte (b), (c) und (d) durchgeführt werden.
28. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei die Vorrichtung eine Separationsvorrichtung umfaßt, in der die in den Ansprüchen 2 bis 13 gekennzeichneten Verfahrensschritte durchgeführt werden.
29. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 27 zur Verwertung von Schwarzwasser.
30. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 28 zur Herstellung von Trinkwasser aus Grauwasser.
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