Wegen der raschen Städteentwicklung in China kann Abwasserentsorgung und -behandlung mit dem Stadtwachstum nicht mithalten. Zentrale Entwässerungssysteme und Behandlungsanlagen sind relativ unflexibel bezüglich schneller Veränderungen von Einzugsgebieten. Es besteht durchaus auch kaum die Möglichkeit, das Wasser in den Kreislauf wieder einzuführen.
Um einer verstänkerten Gewässer- und Umweltverschmutzung und der Übernutzung vorhandener Grundwasserressourcen entgegenzuwirken, sind für Megacities alternative Systeme der Abwasserentsorgung, -behandlung und Brauchwasserversorgung zu entwickeln.
Im Rahmen der Masterarbeit soll der derzeitige Stand der Abwasserentsorgung und Abwasserbehandlung in zwei Beispielregionen Chinas, Shanghai und Qingdao, beschrieben werden und alternative technische Lösungsmöglichkeiten herausgearbeitet und ausgewertet werden.
Zuerst werden in dieser Arbeit die rechtlichen Grundlagen beschrieben. Die wichtigsten technischen Standards, Grenzwerte und Gesetze, z. B. Trinkwasserqualität und -mengen, Einleitungsklasse des Abwassers, einzuhaltende Grenzwerte bei der Abwasserableitung, Brauchwasserqualität, Brauchwasserversorgung sowie vorhandene, regionale Verwaltungsvorschriften werden hier aufgezeigt.
Des weiteren werden die statistischen Daten seit ca. 5 Jahren, im Besonderen von zwei Beispielregionen erhoben. Die Daten bestehen hauptsächlich aus allgemeinen Bevölkerungsstatistiken, Daten über Trinkwasserverbrauch, Verteilung von Trinkwasserverbrauch, Abwassermengen, -behandlungsgrad und -zusammensetzungen.
Als Nächstes werden Techniken über Abwasserentsorgungs- und -behandlungssysteme zusammengestellt. Wenn die deutschen und chinesischen Bemessungswerte vorhanden sind, werden sie gegenseitig dargestellt.
Um später die ausgewählten Systemkonzepte auszuwerten, soll ein Bewertungssystem aufgebaut werden. Das Bewertungssystem soll ein mögliches Systemkonzepte unter verschiedenen Aspekten, wie Ökonomie, Ökologie, soziale Aspekte, sowie Umweltfreundlichkeit bewerten. Durch die Hasse-Diagramm Technik (HDT), die als grundsätzliches Bewertungsverfahren dient, und durch das Promethee-Verfahren, das als weitergehender Bewertungsschritt für die HDT dient, werden die Konzepte gegenübergestellt und ausgewertet.
Auf der gegebenen Basis werden für die Beispielregionen jeweils zwei technische Lösungssysteme zur Abwasserentsorgungs- und -behandlung in Beispielregionen dargestellt.
INHALTVERZEICHNIS
1 Einleitung
2 Rechtliche Grundlagen
2.1 Verordnungen und technische Richtlinien auf nationaler Ebene
2.1.1 Versorgung
2.1.2 Entsorgung
2.2 Verordnungen und technische Richtlinien auf regionaler Ebene
2.2.1 Region Shanghai
2.2.2 Region Qingdao
3 Statistische Datenerhebung von zwei ausgewählten Regionen
3.1 Nationale Statistik
3.2 Region Shanghai
3.3 Region Qingdao
4 Abwasserentsorgungs- und -behandlungssysteme
4.1 Komponenten der Abwasserentsorgung und -behandlung
4.2 Abwasserteilströme
4.2.1 Grauwasser
4.2.2 Gelbwasser
4.2.3 Braunwasser
4.2.4 Schwarzwasser
4.3 Zusammenstellung der Behandlungssysteme
4.3.1 Belebungsverfahren
4.3.2 Bewachsene Bodenfilter
4.3.3 SBR-Verfahren
4.3.4 Biofilmverfahren
4.3.5 Biofilter
4.3.6 Membranbelebungsverfahren
4.3.7 Anaerobe Verfahrenssystem-Biogasanlage mit BHKW
4.3.8 Übersicht der Bemessungskennzahlen
5 Bewertungssystem
5.1 Aufbau/Erläuterung des Bewertungssystems
5.2 Bewertungsverfahren
5.3 Analyse und Feststellung des Kriterienkatalogs
6 Auswertung der ausgewählten, technischen Konzepte
6.1 Technische Konzepte in Shanghai
6.1.1 Randbedingungen
6.1.2 Erläuterung der technischen Systemkonzepte
6.1.2.1 Systemvariante 1: PKA + Membranbelebungsverfahren
6.1.2.2 Systemvariante 2: Mischsammlung + SBR-Verfahren
6.1.3 Auswertung der Systemkonzepte 1 und 2, Shanghai
6.2 Technische Konzepte in Qingdao
6.2.1 Randbedingungen
6.2.2 Erläuterung der technischen Systemkonzepte
6.2.2.1 Systemvariante 1: Biogasanlage + Rotationstauchkörper
6.2.2.2 Systemvariante 2: Mischsammlung + SBR Verfahren
6.2.3 Auswertung Systemkonzepte 1 und 2, Qingdao
7 Fazit
Tabellenverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Anhänge
Abkürzungslisten
Literatur
1 Einleitung
Wegen der raschen Städteentwicklung in China kann Abwasserentsorgung und -behandlung mit dem Stadtwachstum nicht mithalten. Zentrale Entwässerungssysteme und Behandlungsanlagen sind relativ unflexibel bezüglich schneller Veränderungen von Einzugsgebieten. Es besteht durchaus auch kaum die Möglichkeit, das Wasser in den Kreislauf wieder einzuführen.
Um einer verstänkerten Gewässer- und Umweltverschmutzung und der Übernutzung vorhandener Grundwasserressourcen entgegenzuwirken, sind für Megacities alternative Systeme der Abwasserentsorgung, -behandlung und Brauchwasserversorgung zu entwickeln.
Im Rahmen der Masterarbeit soll der derzeitige Stand der Abwasserentsorgung und Abwasserbehandlung in zwei Beispielregionen Chinas, Shanghai und Qingdao, beschrieben werden und alternative technische Lösungsmöglichkeiten herausgearbeitet und ausgewertet werden.
Zuerst werden in dieser Arbeit die rechtlichen Grundlagen beschrieben. Die wichtigsten technischen Standards, Grenzwerte und Gesetze, z. B. Trinkwasserqualität und -mengen, Einleitungsklasse des Abwassers, einzuhaltende Grenzwerte bei der Abwasserableitung, Brauchwasserqualität, Brauchwasserversorgung sowie vorhandene, regionale Verwaltungsvorschriften werden hier aufgezeigt.
Des weiteren werden die statistischen Daten seit ca. 5 Jahren, im Besonderen von zwei Beispielregionen erhoben. Die Daten bestehen hauptsächlich aus allgemeinen Bevölkerungsstatistiken, Daten über Trinkwasserverbrauch, Verteilung von Trinkwasserverbrauch, Abwassermengen, -behandlungsgrad und -zusammensetzungen.
Als Nächstes werden Techniken über Abwasserentsorgungs- und -behandlungssysteme zusammengestellt. Wenn die deutschen und chinesischen Bemessungswerte vorhanden sind, werden sie gegenseitig dargestellt.
Um später die ausgewählten Systemkonzepte auszuwerten, soll ein Bewertungssystem aufgebaut werden. Das Bewertungssystem soll ein mögliches Systemkonzepte unter verschiedenen Aspekten, wie Ökonomie, Ökologie, soziale Aspekte, sowie Umweltfreundlichkeit bewerten. Durch die Hasse-Diagramm Technik (HDT), die als grundsätzliches Bewertungsverfahren dient, und durch das Promethee-Verfahren, das als weitergehender Bewertungsschritt für die HDT dient, werden die Konzepte gegenübergestellt und ausgewertet.
Auf der gegebenen Basis werden für die Beispielregionen jeweils zwei technische Lösungssysteme zur Abwasserentsorgungs- und -behandlung in Beispielregionen dargestellt. Mit dem zuvor entwickelten Bewertungssystem werden die technischen Lösungen verglichen, um die unter gegebenen Randbedingungen bessere Alternative auszuwählen.
Als Anhänge werden alle aus Gesetzen entnommenen Tabellen, die in der Arbeit lediglich mit wichtigen Teilen dargestellt werden, komplett dargestellt.
2 Rechtliche Grundlagen
In diesem Kapitel werden rechtliche Grundlagen bezüglich Wasserversorgung, Brauchwasserversorgung und Abwasserentsorgung dargestellt. Da sich in China regionale Betriebe meistens nach nationalen, technischen Standards richten sollen, werden zuerst Gesetze, Richtlinien und technische Standards auf nationaler Ebene vorgestellt. Die festgelegten Grenzwerte sind lediglich teilweise aufgelistet. Die kompletten zugehörigen Darstellungen sind in den Anhängen entnommen. Außerdem werden die wichtigsten, regionalen Verwaltungsvorschriften über Wasserversorgung, Brauchwasserversorgung und Abwasserentsorgung vorgestellt.
Da die Qualität des Trinkwassers ein sehr wichtiger Teil der Trinkwasserversorgung ist, wird zuerst der „Standard für Trinkwasserqualität“ vorgestellt. In China wird der Planungswert für den Trinkwasserverbrauch von Seite der Behörden festgelegt. Aufgrund offizieller Festlegungen des häuslichen Trinkwasserverbrauchs, wird die definierte Verbrauchsmenge berücksichtigt. Weil im Rahmen der Masterarbeit verschiedene Systeme der Abwasserentsorgung und Behandlungssystem zu entwickeln und zu vergleichen sind, ist es wichtig, Kenntnis über den Trinkwasserverbrauch in allgemeinen Haushalten zu haben. Daher werden anschließend der „Standard für häuslichen Trinkwasserverbrauch“ vorgestellt. Um das behandelte Abwasser als Brauchwasser im Haushalt wieder zu nutzen, ist es wichtig, die Qualitätsanforderungen zu kennen, da das Brauchwasser in unterschiedlichen Bereichen des täglichen Lebens verwendet wird. Im „Standard für Brauchwasserwiederverwendung im Gebäude“, „Standards der Wasserqualität für die landschaftliche Bewässerung“ und „Standard für Abwasserwiederverwendung“ werden die Qualitätsanforderungen an die Brauchwassernutzung festgelegt.
2.1 Verordnungen und technische Richtlinien auf nationaler Ebene
2.1.1 Versorgung
Einer der wichtigsten, technischen Standards für die Versorgung ist der „Standard für Trinkwasserqualität“ [GB 5749-85 ]. Es werden die Parameter festgelegt, die für menschliche Gesundheit bedeutsam sind. In der folgenden Tabelle 2-1 sind einige allgemeine Parameter für die Trinkwasserqualität und deren einzuhaltenden Grenzwerte, wie allgemeine physikalische und chemische Parameter, die die Haupteigenschaften von Trinkwasser darstellen, gegeben. Die mikrobiologischen Parameter sind wichtige Indikatoren für die menschliche Gesundheit. Die komplette Tabelle aus dem Standard über die vollständigen Überwachungsparameter der Trinkwasserqualität ist im Anhang 1 nachzuschlagen.
Tabelle 2-1: wichtige Parameter der Trinkwasserqualität, [GB 5749-2006]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Weiteres ist in den „Standard für häuslichen Trinkwasserverbrauch“ [GB/T 50331-2002] geregelt. Da China sehr großräumig ist, sind die örtlichen Gegebenheiten aufgrund von Klimas, Ökonomie, Geologie sowie Gewohnheiten usw., in verschiedenen Regionen oft sehr unterschiedlich. Diese wirken sich wesentlich auf den Trinkwasserverbrauch aus. Daher wird China in sechs Regionsgruppen gemäß „Standard für Klimagliederungen im Bau“ [GB 50178-93] mit Berücksichtigung von geologischen Faktoren unterschieden. Die in einer gleichen Gruppe sich befindlichen Städte und Provinzen sollen auf einem ähnlichen Niveau bezüglich Ökonomie, Klima und Niederschlagmenge sein [G 2]. Der Planungsrichtwert des häuslichen Trinkwasserverbrauchs gemäß [GB/T 50331-2002] in der Region Shanghai, die sich in der Regionsgruppe III befindet, ist 120-180 l/(E·d), in der Region Qingdao, die sich in der Regionsgruppe II befindet ist er 85-140 l/(E·d). Sind als Sanitäreinrichtungen der betroffenen Städten und Provinzen nur Wasserhähne in Haushalten vorhanden, wird der untere Grenzwert genommen, d. h. für Shanghai 120 l/(E·d) und für Qingdao 85 l/(E·d). Sind komplette, sogar luxuriöse Sanitäreinrichtungen der betroffenen Städten und Provinzen in Haushalten vorhanden, wird der obere Grenzwert genommen, d.h. für Shanghai 180 l/(E·d) und für Qingdao 140 l/(E·d). Die komplette Tabelle über den Planungsrichtwert des häuslichen Trinkwasserverbrauchs in den jeweiligen Gruppen ist als Anhang 2 beigelegt.
Um die Nutzungsverteilung des häuslichen Trinkwasserverbrauchs zu ermitteln, wurden umfassende Untersuchungen bei der Novellierung des Standards [GB/T 50331-2002] über den häuslichen Trinkwasserverbrauch und seine Verteilungen in ganz China durchgeführt. Der verschiedene Trinkwasserverbrauch in Haushalten wurde nach sechs Regionsgruppen und drei unterschiedlichen Haushaltstypen untersucht. Aus diesen Untersuchungen war die durchschnittliche Verteilung des häuslichen Trinkwasserverbrauchs (s. Tabelle 2-2) zum Ergebnis gekommen.
Tabelle 2-2: Verteilung des häuslichen Trinkwasserverbrauchs [l/(E·d)], [GB/T 50331-2002]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Bemerkungen zu Tabelle 2-2:
A, B und C sind drei unterschiedlichen Haushalttypen, die mit knappen Nutzungen, sparsamen Nutzungen und normalen Nutzungen bezeichnet werden. Die konkreten Erläuterungen dazu sind wie folgend:
A: einfacher Haushalt: es sind nur Wasserhähne ohne Toilette und andere Sanitäreinrichtungen installiert,
B: Apartmentwohnungen: es sind nur allgemeine Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungseinrichtungen vorhanden.
C: gehobene/luxuriöse Wohnungen: es sind komplette und sehr gute Wasserversorgungs- und Abwasserentsorgungseinrichtungen vorhanden.
Dieser Trinkwasserverbrauch und -verteilung in verschiedenen Haushalttypen bezeichnet nur die Grundnutzungen im Haushalt, erfassen keine Verluste oder zusätzlichen Mengen wegen Besuchen usw. Der reale Verbrauch in Haushalten der drei Haushalttypen laut der Untersuchungen ist Tabelle 2-3 [GB/T 50331-2002] zu entnehmen. Es ist eindeutig, dass der reale Verbrauch viel höher als die Planungswerte ist.
Tabelle 2-3: der reale häuslichen Trinkwasserverbrauchs in verschieden Regionsgruppen, [l/(E·d)], [GB/T 50331-2002]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Das Hauptziel von alternativen Abwasserentsorgungen und Behandlungssystemen ist, den Wasserkreislauf zu schließen. Daher spielt die Wiederverwendung von behandelten Abwässern eine wichtige Rolle. Im „Standard für innerstädtische Brauchwasserverwendung“ [GB 18920-2002] werden die Brauchwasserherkunft, Behandlungstechniken sowie die Brauchwasserqualität für allgemein häusliche Nutzungen und landschaftliche Nutzungen geregelt.
Dieser hier dargestellte Standard ist eine Entwurfversion. Um den Standard richtig aufzustellen, haben einige Institutionen gemeinsame nationale Untersuchungen über Brauchwasserherkunft, und mögliche Brauchwasserverwendungen durchgeführt. Normalerweise wird der Trinkwasserverbrauch in Statistiken grob aufgezeigt, indem der häusliche bzw. haushaltähnliche Verbrauch und der Verbrauch in Öffentlicheinrichtungen, Gastronomien, Hotels, sowie Bürogebäuden zusammengefasst werden. In diesen Untersuchungen für [GB 50336-2002] jedoch wurde der Verbrauch nach Haushalt, Hotel, Gastronomie und Bürogebäude getrennt erforscht. Es ist wesentlich, dass die gesamten Verbräuche von Hotels und Bürogebäuden aufgrund ihres geschäftlichen und öffentlichen Charakters höher sind, als der des allgemeinen Haushaltes. Dieses Ereignis wird sowohl bei der Datenerhebung (Kapitel 3) als auch bei der Aufstellung von technischen Konzepten (Kapitel 6) berücksichtigt.
Die Tabelle 2-4 ist dem Standardentwurf [GB 50336-2002] entnommen. Sie stellt die Verteilung des Trinkwasserverbrauchs in Haushalten, Hotels/Gastronomie und Bürogebäuden dar. Es ist deutlich zu sehen, dass der Verbrauch in Toiletten, Bad und Dusche über 60% des gesamten Verbrauchs des Haushalts beträgt.
Tabelle 2-4: Verteilung des Trinkwasserverbrauchs in Haushalt, Hotels/Gastronomie und Bürogebäuden, [ GB 50336-2002 ]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Auch die Frachten aus den oben genannten drei Bereichen wurden beim Standardentwurf untersucht, und werden in Tabelle 2-5 dargestellt. Die CSB-Konzentration aus Küchen des Haushalts liegt über 900 mg/l, und die BSB5-Konzentration liegt über 500 mg/l. Gegenüber dem Abwasser aus der Küche sind die CSB- und BSB5-Konzentration aus Duschen- und Waschenbereich viel niedriger. Diese Eigenschaften sind für Grauwasserbehandlung von Bedeutung.
Tabelle 2-5: Frachten der Abwässer aus Haushalten, Hotels/Gastronomie und Bürogebäuden, [ GB 50336-2002 ]
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Im [GB 50336-2002] wird es empfohlen, dass die Abwassermengen mit 80 - 90% des Trinkwasserverbrauchs berechnet werden, die Mengen aus Brauchwasserherkunft, die wieder verwendet werden sollen, sind 110 - 115% des Brauchwasserverbrauchs, d. h., eine maximale Brauchwasserversorgung beträgt umgerechnet ca. 70 - 80% des Trinkwasserverbrauchs.
Mögliche Brauchwasserquellen und die empfohlene Reihefolge der Auswahl von Brauchwasserquellen ist wie folgend im Standard dargestellt [GB 18919-2002]:
1. Kühlwasser,
2. Abwasser aus Duschen und Badwannen,
3. Abwasser aus Waschbecken,
4. Kühl-/Recyclingwasser aus Klimaanlagen,
5. Ablauf aus Schwimmbädern
6. Abwasser aus Waschmaschinen
7. Abwasser aus Küchen
8. Abwasser aus der Toilette
Im Entwurf des „Standard für Wiederverwendung des Brauchwassers“, der auf dem alten Standard [GB 18920-2002] basiert, werden die Möglichkeiten und Gliederungen von Wiederverwendung tabellarisch in der Tabelle 2-6 dargestellt. Es wird nach landwirtschaftlichen, industriellen und landschaftlichen Nutzungen, Wiederverwendungen in Städten sowie die Anreicherungen von Wasserressourcen unterschieden:
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