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Bewertung zentraler und dezentraler Abwasserinfrastruktursysteme = Evaluation of centralised and decentralised infrastructure systems for sewage disposal



Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Heinrich Bernhard Herbst

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

UmfangXVIII, 273 S.


Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Auch als Gewässerschutz, Wasser, Abwasser ; 213


Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter


Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-06-13

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-24539
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50177/files/Herbst_Heinrich.pdf

Einrichtungen

  1. Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft und Siedlungsabfallwirtschaft und Institut für Siedlungswasserwirtschaft (314110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Nachhaltige Entwicklung (Genormte SW) ; Infrastrukturplanung (Genormte SW) ; Infrastruktur (Genormte SW) ; Infrastruktureinrichtung (Genormte SW) ; Infrastrukturinvestition (Genormte SW) ; Infrastrukturkosten (Genormte SW) ; Infrastrukturleistung (Genormte SW) ; Sanitärtechnik (Genormte SW) ; Sanitärhandel (Genormte SW) ; Abwasserinstallation (Genormte SW) ; Abwasserleitung (Genormte SW) ; Kläranlage (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; neuartige Sanitärsysteme (frei) ; Abwasserinfrastruktur (frei) ; Phosphorrückgewinnung (frei) ; zentrale Systeme (frei) ; dezentrale Systeme (frei) ; gewerblich-industrielle Abwässer (frei) ; ecological sanitation (frei) ; sustainability (frei) ; grey water (frei) ; black water (frei) ; yellow water (frei) ; brown water (frei) ; pollution abatement (frei) ; protection of resources (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Seit ca. 160 Jahren werden in Mitteleuropa Schwemmkanalisationen zur Ableitung der Niederschlagswässer, der häuslichen sowie der gewerblich-industriellen Abwässer errichtet. Mit Beginn des 20. Jahrhunderts wurden die Abwässer zunehmend in zentralen Kläranlagen behandelt. Heute sind in Deutschland ca. 96% der Bevölkerung an zentrale und der verbleibende Anteil an dezentrale Abwasserentsorgungsanlagen angeschlossen. Die abwassertechnischen Anlagen müssen unterhalten und an veränderte Randbedingungen wie z.B. rechtliche, demografische und klimatische Entwicklungen angepasst werden. Abwasser kann als Wertstoff betrachtet werden, der Kohlenstoff als Energieträger sowie Phosphor, Stickstoff und Kalium als Nährstoffe beinhaltet. Aufbereitetes Abwasser kann als Substitut für Wassernutzungen dienen, die keine Trinkwasserqualität erfordern. Eine weiterreichende Nutzung des Abwassers und seiner Wertstoffe wird bei neuartigen Sanitärkonzepten umgesetzt. Dabei erfolgt eine weitgehende Trennung der häuslichen Abwasserteilströme Toilettenabwasser (Schwarzwasser), Faeces (Braunwasser), Urin (Gelbwasser) und häusliches Restschmutzwasser (Grauwasser) am Anfallort. Dies erfordert neben einer aufwändigen Sanitärtechnik auch eine auf die spezifische Abwasserteilstrombelastung ausgerichtete Verfahrenstechnik zur Nährstoffstoffrückgewinnung und Brauchwasseraufbereitung. Kriterien, die bei der Erstellung oder Veränderung eines Abwasserentsorgungssystems von Bedeutung sind, sind die Leistungsfähigkeit, die Wirtschaftlichkeit sowie der Gewässer- und Ressourcenschutz. Die Erfüllung dieser Kriterien und eine Vielzahl an einsetzbaren Verfahren erfordert für die Entscheidungsfindung zu Gunsten eines zentralen oder dezentralen Infrastruktursystems eine objektive Bewertung. Die Bewertung von Infrastruktursystemen erfolgt heute im Hinblick auf die Nachhaltigkeit des Systems unter Berücksichtigung von ökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Aspekten. Die bisherigen Bewertungsmodelle weisen folgende Defizite auf: • hoher zeitlicher und personeller Aufwand; daher nur für wissenschaftliche Zwecke geeignet, • mangelnde Übertragbarkeit aufgrund einer meist anwendungsfall- bzw. projektbezogenen Bewertung, • keine Berücksichtigung der gewerblich-industriellen Abwässer bei der Bewertung neuartiger Systeme, • subjektive Bewertung durch Einsatz ordinaler Bewertungsverfahren, • zumeist keine Berücksichtigung vorhandener Infrastrukturelemente, • zumeist keine Berücksichtigung gesellschaftlicher Kriterien, wie Akzeptanz oder zukunftsorientierter Aspekte (demografische und klimatische Entwicklung). Das Fehlen eines praxisorientierten Bewertungsmodells, mit dem wissenschaftlich fundiert und einfach handhabbar Abwasserinfrastruktursysteme beurteilt werden können, war das Motiv zu dieser Arbeit. Für das neue mehrdimensionale Bewertungsmodell wurden praxisrelevante ökonomische, ökologische und gesellschaftliche Kriterien entwickelt. Die wesentlichen Merkmale des neuen Bewertungsmodells sind: • funktionale Beschreibbarkeit und kardinale Bewertbarkeit der Kriterien durch Berechnung einer Bewertungszahl, • Kriterien werden durch die Berechnung einer Bewertungszahl objektiviert, • Anpassung der Kriterien sowie deren funktionale Zusammenhänge an die zu berücksichtigenden fallbezogenen Rahmenbedingungen, • hohe Variabilität der Bewertungskriterien ermöglicht breite Anwendung • Berücksichtigung von abstrahierten Siedlungsstrukturen, • Einbeziehung der Entsorgung gewerblich-industrieller Abwässer, • Bewertung vorhandener Infrastrukturelemente/-systeme unter Berücksichtigung ihrer Systemauslastung, • Bewertung vorhandener Infrastrukturelemente/-systeme bei einer möglichen Systemumstellung, • Berücksichtigung zukünftiger demographischer und klimatischer Entwicklungen. • Modellerweiterung um Elemente der Wasserversorgung und Regionalplanung, wie z.B. Energieversorgung, Telekommunikation und sozialen Einrichtungen sind möglich. Die Handhabbarkeit und die Aussagefähigkeit des Bewertungsmodells wurden beispielhaft für ein Gemeindegebiet nachgewiesen. Als Ergebnis der Anwendung ist festzuhalten: • Die Bewertung sollte nur von Personen mit siedlungswasserwirtschaftlichem Fachwissen durchgeführt werden. • Eine Veränderung der Gewichtung der Kriterien sollte nur mit Erfahrung bei der Bewertung von Abwasserinfrastruktursystemen erfolgen. Das Endergebnis muss durch eine Sensitivitätsanalyse der Gewichtungsfaktoren verifiziert werden. • Der Arbeitsaufwand ist angemessen. Das vorgestellte Modell ermöglicht Ingenieuren und Wissenschaftlern der Siedlungswasserwirtschaft und Regionalplanung, vor dem Hintergrund der örtlichen Rahmenbedingungen entwickelte unterschiedliche Abwasserinfrastruktursysteme unter Aspekten der Nachhaltigkeit vergleichend zu bewerten. Dabei ist die Anwendung nicht nur auf Mitteleuropa beschränkt, da über die hohe Variabilität der Kriterien die Möglichkeit zur Anpassung an ländertypische Rahmenbedingungen besteht.

Since nearly 160 years central sewage systems are built to discharge surface water as well as domestic and industrial wastewater in Central Europe. With the beginning of the 20th century the wastewater increasingly became treated in central sewage treatment plants. Today approx. 96% of the population in Germany is connected to a central sewage disposal system and the remaining part to local sewage treatment plants. The existing technical sewage installations have to be maintained and adapted to changing basic conditions, e.g. legal, demographical and climatical changes. Waste water can be considered as a valuable source containing carbon as energy source as well as phosphorus, nitrogen and potassium as nutrients. Treated wastewater can serve as a substitute for water utilisations that do not need drinking water quality. A consequent utilisation of the sewage water and its recyclable material is realised in new ecological sanitation systems. Thereby an efficient separation and collection of the different flows of the domestic wastewater - toilet wastewater (black water) faeces (brown water), urine (yellow water) and the remaining domestic wastewater (greywater) is realised directly in situ. These systems require a complex sanitary technique as well as a specialised process engineering for the recovery of nutrients and for the wastewater treatment, considering the specific ingredients of the different partial wastewater flows. Important criteria for the elaboration or modification of sewage disposal systems are the efficiency, the cost-effectiveness as well as pollution abatement and the protection of resources. The fulfilment of these criteria and a multitude of applicable proceedings are needed to define an objective valuation for the decision in favour of a central or decentralised infrastructure system. The valuation of infrastructure systems is nowadays carried out with regard to the sustainability of a system taking in consideration economical, ecological and social aspects. Hitherto existing valuation models show the following deficits: • extreme expenses in time and effort; thus applicable for scientific purposes only, • lacking transferability due to project defined valuation • no consideration of industrial wastewater in the valuation of new ecological sanitation systems • subjective valuation due to application of ordinal valuation methods • mostly no consideration of existing infrastructural elements • mostly no consideration of social criteria, like acceptance or future oriented aspects (demographic and climatic changes) The absence of a practice oriented valuation model for the evaluation that is scientifically founded and simple to apply for sewage infrastructure systems has given the motif for this thesis. Economical, ecological and social criteria were developed for the new multidimensional evaluation system with practical relevance. The essential characteristics of this new evaluation model are: • Functional specification and cardinal valuation of criteria by calculation of a validation number • Criteria are objectified by the calculation of a validation number • Adaptation of criteria as well as their functional coherence considering all project related conditions • High variability of evaluation criteria facilitates a wide application • Consideration of abstracted settlement systems • Incorporation of the disposal of industrial wastewater • Evaluation of existing infrastructural elements or infrastructural systems considering their system efficiency • Valuation of existing infrastructural elements or systems in the case of a possible system change • Consideration of future demographical and climatic developments • Amplification of the model by elements of water supply and regional planning are possible, e.g. energy supply, telecommunication and social institutions. One community area serves as an example for the manageability and informal value of the validation model. As result of this application shall be mentioned: • The evaluation should only be done by specialists in municipal water management. • A change of the validation of criteria should only be done having experience in evaluation of infrastructural systems of wastewater. • The final result has to be verified by a sensitivity analysis of the weighting factors. • The amount of work is suitable. The presented model enables engineers and scientists of municipal water management and regional planning to compare different sewage structure systems under the aspect of sustainability on the basis of local conditions. The application of this evaluation system is not limited to Central Europe because the high variability of the criteria allows an adaptation to the specific conditions of any country.

Fulltext:
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Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis

Format
online, print

Sprache
German

Externe Identnummern
HBZ: HT015615885

Interne Identnummern
RWTH-CONV-112732
Datensatz-ID: 50177

Beteiligte Länder
Germany

 GO


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The record appears in these collections:
Document types > Theses > Ph.D. Theses
Faculty of Civil Engineering (Fac.3)
Publication server / Open Access
Public records
Publications database
314110

 Record created 2013-01-25, last modified 2022-04-22


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