Life cycle assessment of conventional and source separation systems for urban wastewater management

Trennsysteme für die Behandlung von urbanem Abwasser erfassen die verschiedenen Abwasserteilströme separat und ermöglichen so die Rückgewinnung wertvoller Ressourcen (Energie, Nährstoffe) aus dem Abwasser. Daher werden sie allgemein als nachhaltiger im Vergleich zum konventionellen System der gemeinsamen Erfassung und Behandlung erachtet. Diese Hypothese wird in der vorliegenden Arbeit überprüft, indem die Umweltauswirkungen von konventionellem und stoffstrom-separierenden Systemen mit der Methodik der Ökobilanz (ISO 14040/44) verglichen werden. Für eine hypothetische Fallstudie eines Stadtgebiets mit 5000 Einwohnern werden zwölf verschiedene Szenarien für die integrierte Behandlung von Haushaltsabwasser und Bioabfall in einem Stoffstrommodel abgebildet. Die benötigten Sachbilanzdaten für alle relevanten Prozesse der Abwassererfassung und –behandlung sind aus Pilotprojekten und der Literatur zusammengestellt und werden durch qualifizierte Abschätzungen ergänzt. Sekundärfunktionen der Trennsysteme (Bereitstellung von Energie und Nährstoffen) werden berücksichtigt, indem das konventionelle System durch die entsprechenden Produktionprozesse für Netzstrom und Mineraldünger erweitert wird. Der Ressourcenverbrauch und die Emissionen werden für jedes Szenario aggregiert und in der Wirkungsabschätzung anhand von acht Indikatoren ausgewertet, darunter Energie- und Ressourcenverbrauch, globale Erwärmung, Eutrophierung, Versauerung sowie Human- und Ökotoxizität. Die Ergebnisse der Wirkungsabschätzung zeigen, dass Trennsysteme signifikante Potentiale für ein nachhaltigeres Abwassermanagement bieten. Die Rückgewinnung von Energie aus Toilettenabwasser und vor allem Bioabfall in einem Vergärungsprozess kann den kumulierten Energieaufwand um bis zu 40% und die verbundenen Emissionen von Treibhausgasen um bis zu 46% reduzieren. Energetische Vorteile der Substitution von Mineraldünger sind relativ gering, aber die Qualität der organischen Dünger aus Urin und Fäkalien ist der von Mineraldünger oder Klärschlamm in Bezug auf Schwermetallgehalte überlegen. Das verbleibende Grauwasser kann in einem Belebtschlammverfahren mit geringerem Energieaufwand und besserer Ablaufqualität gereinigt werden als im konventionellen System. Eine naturnahe Reinigung des Grauwassers in Bodenfiltern senkt den Energieverbrauch erheblich, aber die eingeschränkte Entfernung von Phosphor kann hier das Eutrophierungspotential um bis zu 140% erhöhen. Grauwasser kann zudem für die Abwasserwiederverwendung in Membranbioreaktoren adequat gereinigt werden, obwohl die energetischen Vorteile der Wiederverwendung marginal sind. Bei der Ausbringung von flüssigen organischen Düngern aus Urin oder Fäkalien führen hohe Ammoniakemissionen zu einem um 60-110% erhöhten Versauerungspotential und sollten daher durch geeignete Ausbringungstechniken minimiert werden. Insgesamt zeigt die Gruppierung und Wichtung der Indikatoren signifikante Vorteile von Trennsystemen in Bezug auf ökologische Nachhaltigkeit. Dennoch ist die Auswahl einer geeigneten Prozesskombination für Trennsysteme essentiell, um diese Vorteile zu realisieren, da das konventionelle System in Bezug auf Energieverbrauch und Ablaufqualität bereits optimiert wurde. Durch Sensitivitätsanalysen wurden entscheidende Schlüsselparameter der Sachbilanz identifiziert. Funktionelle Definitionen und die Auswahl sowohl der Indikatoren zur Wirkungsabschätzung als auch der Bewertungsmethode können die Ergebnisse der Ökobilanz erheblich beeinflussen.

Author dc:creator

• Remy, Christian

Advisor dc:contributor.advisor

• Jekel, Martin

Licence dc:rights.uri

• https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/

Language dc:language.iso

en, English

Identifier URI

urn:nbn:de:kobv:83-opus-25430
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-2370

OAI identifier oai:identifier

oai:depositonce.tu-berlin.de:11303/2667