Technische und ökonomische Aspekte der separaten Erfassung und Behandlung von Krankenhausabwasser

Mauer, Christian; Pinnekamp, Johannes

doi:999910055845

Technische und ökonomische Aspekte der separaten Erfassung und Behandlung von Krankenhausabwasser = Technical and economic aspects of the separate collection and treatment of hospital wastewater

Mauer, Christian (Author)

2011

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christian Mauer

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

UmfangGetr. Zählung : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Genehmigende Fakultät
Fak03

Hauptberichter/Gutachter
Pinnekamp, Johannes (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-07-12

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-37505
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/63776/files/3750.pdf

Einrichtungen

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

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Krankenhaus (Genormte SW) ; Abwasserreinigung (Genormte SW) ; Arzneimittel (Genormte SW) ; Ozonisierung (Genormte SW) ; Energieverbrauch (Genormte SW) ; Kosten (Genormte SW) ; Wirtschaftlichkeit (Genormte SW) ; Kläranlage (Genormte SW) ; Membranbioreaktor (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Krankenhausabwasser (frei) ; MBR (frei) ; Bilanzierung (frei) ; hospital wastewater (frei) ; wastewater (frei) ; pharmaceuticals (frei) ; ozonation (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
In Abhängigkeit von Größe und Ausstattung werden in Krankenhäusern zwischen 130 und 1.200 Liter Wasser pro Bett und Tag verbraucht. Die Belastung des Abwassers mit chemisch-physikalischen Standardparametern ist mit kommunalem Abwasser vergleichbar. Es werden jedoch erhöhte AOX-Konzentrationen gemessen, die im Wesentlichen aus der Anwendung und Ausscheidung iodierter Röntgenkontrastmittel resultieren. Die Antibiotika- und Röntgenkontrastmittelkonzentrationen im Krankenhausabwasser liegen teilweise um den Faktor 10 bis 100 über denen im kommunalen Abwasser. Dahingegen werden für überwiegend im häuslichen Umfeld applizierte Arzneistoffe im kommunalen Abwasser teilweise höhere Konzentrationen als im Krankenhausabwasser detektiert. Krankenhäuser werden in der Literatur zudem als eine Punktquelle für den Eintrag von multiresistenten Keimen in die aquatische Umwelt identifiziert. Darüber hinaus ist Krankenhausabwasser als akut toxisch einzustufen und ruft teilweise mutagene Effekte hervor. Im Rahmen dieser Arbeit wurden am Beispiel des Kreiskrankenhauses Waldbröl verschiedene technische und ökonomische Aspekte der separaten Erfassung und Behandlung von Krankenhausabwasser untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass der aus dem Kreiskrankenhaus entstammende Anteil an der Arzneistofffracht im Zulauf der örtlichen kommunalen Kläranlage für Carbamazepin, Diclofenac und Ibuprofen maximal 8% erreicht. Dahingegen werden für die untersuchten Antibiotika Anteile größer 20% bis hin zu 94% festgestellt. Diese im Vergleich zu Literaturangaben sehr hohen Werte sind auf die hohe Zahl von Krankenhausbetten pro 1.000 EW zurückzuführen. Diese liegt im Untersuchungsgebiet Waldbröl bei ca. 33,9 im Vergleich zu 6,2 im bundesweiten Durchschnitt. Die am Kreiskrankenhaus errichtete großtechnische Anlage zur separaten Behandlung von Krankenhausabwasser liefert die Erkenntnis, dass mit einer Verfahrenskombination aus Membranbioreaktor (MBR) und nachgeschalteter Ozonung sämtliche untersuchten Arzneistoffe mit Ausnahme der Röntgenkontrastmittel unter einen Grenzwert von 100 ng/L reduziert werden können. Die biologische Behandlung im MBR bei hohem Schlammalter liefert dabei für die Antibiotika deutlich bessere Eliminationsraten als die biologische Behandlung auf der zentralen kommunalen Kläranlage. Zudem wird mit der Verfahrenskombination eine weitgehende Entkeimung erreicht und das toxische und mutagene Potenzial des Krankenhausabwassers weitgehend reduziert. Der mittlere Energiebedarf der untersuchten Abwasserreinigungsanlage am Krankenhaus liegt nach Durchführung von Optimierungsmaßnahmen bei ca. 5,0 kWh/m³. Davon entfallen ca. 80% auf die Behandlung im MBR und 20% auf die Ozonung. Die spezifischen Gesamtkosten für die Abwasserreinigung am Kreiskrankenhaus Waldbröl mit 342 Betten betragen 4,92 €/m³. Der größte Teil davon entfällt auf den Bau und Betrieb des MBR. Bei der Übertragung dieser Kosten auf andere Krankenhäuser mit abweichenden Bettenzahlen sind Skaleneffekte zu berücksichtigen. Auf Basis bekannter Daten zu spezifischen Gesamtkosten für die Abwasserbehandlung in kleinen, dezentralen MBR kann die Bandbreite der Kosten für die separate Behandlung von Krankenhausabwasser zu ca. 3 €/m³ für große Häuser mit mehr als 1.200 Betten bis zu ca. 8 €/m³ für kleine Häuser mit weniger als 100 Betten abgeschätzt werden. Die Kosten werden jedoch stark von örtlichen Gegebenheiten beeinflusst und können daher im Einzelfall abweichen. Ein Wirtschaftlichkeitsvergleich der separaten Behandlung von Krankenhausabwasser mit der Nachrüstung zentraler Kläranlagen durch eine Ozonung hinsichtlich einer kosteneffektiven Elimination von Arzneistoffen aus dem Abwassersystem wird von der Anzahl der Betten im jeweiligen Krankenhaus und der Ausbaugröße der betrachteten Kläranlage beeinflusst. Im Falle des Kreiskrankenhauses Waldbröl, das im Einzugsgebiet einer eher als klein zu beurteilenden Kläranlage liegt, ist die separate Behandlung des Krankenhausabwassers bereits wirtschaftlich, wenn die Arzneistoffkonzentration im Krankenhausabwasser etwa um den Faktor 40 höher liegt als im Zulauf zur kommunalen Kläranlage. Hinsichtlich ausgewählter Antibiotika kann die separate Krankenhausabwasserbehandlung in Waldbröl damit als wirtschaftlich beurteilt werden.

Depending on the size and equipment, the water consumption in hospitals averages between 130 and 1,200 liters per bed and day. The contamination of hospital wastewater with chemical and physical standard parameters is comparable to municipal wastewater. However, heightened AOX-concentrations have been measured, which are mainly caused by the application and excretion of iodinated X-ray contrast media. The concentrations of antibiotics and X-ray contrast media in hospital wastewater are about 10 to 100 times higher than in municipal wastewater, whereas other mainly domestically used pharmaceuticals are partially measured in higher concentrations in municipal wastewater. The literature generally considers hospitals as a main point source for the emission of multidrug resistant bacteria into the aquatic environment. Furthermore, hospital wastewater causes toxic and mutagenic effects. In the context of this dissertation, different technical and economic aspects of the separate collection and treatment of hospital wastewater have been investigated using the example of the Waldbröl county hospital. It has been demonstrated that the fraction of the overall pharmaceutical load in the inlet of the local municipal wastewater treatment plant that originates from the hospital, reaches a maximum of 8% for Carbamazepine, Diclofenac and Ibuprofen, whereas fractions from 20% to 94% have been measured for the investigated antibiotics. These relatively high values as compared to what is found in the literature may be explained by the high number of hospital beds per 1,000 P.E. (33.9 in Waldbröl compared to 6.2 in the nation-wide average). The full-scale wastewater treatment plant of the Waldbröl hospital proves that a combination of a membrane bioreactor (MBR) and subsequent ozonation can eliminate all pharmaceuticals in the wastewater except for the X-ray contrast media to below a threshold value of 100 ng/l. The biological treatment in the MBR at the hospital, which was operated at a high solids retention time, shows a better elimination of antibiotics than the treatment in the central municipal wastewater treatment plant. Furthermore, the combination of MBR and ozonation largely ensures disinfection and greatly reduces the toxic and mutagenic potential. The specific energy consumption of the treatment plant after optimization measures averages 5.0 kWh/m³. 80% of the energy are used in the MBR while 20% are used for ozonation. The specific treatment costs for the Waldbröl county hospital with its 342 beds amount to 4.92 €/m³. The major part of the costs is allotted to the investment and operational costs of the MBR. If these costs are transferred to hospitals with different sizes, scaling effects have to be taken into account. Based on data for the development of specific costs of small decentralized MBR the cost range for the separate treatment of hospital wastewater can be estimated between 3 €/m³ for large hospitals with more than 1,200 beds and 8 €/m³ for small hospitals with less than 100 beds. The costs depend on local circumstances and can differ from case to case. An economic comparison of a separate treatment of hospital wastewater with a refitting of central wastewater treatment plants with an ozonation, in order to find the most cost-effective option for eliminating pharmaceuticals, is affected by the number of beds in the respective hospital and the size of the municipal wastewater treatment plant. In case of the Waldbröl county hospital, which is connected to a small municipal wastewater treatment plant, the separate treatment is cost-effective if the concentration of pharmaceuticals in the hospital wastewater is about 40 times higher than in the municipal wastewater. As for selected antibiotics, the separate treatment of the wastewater of the Waldbröl county hospital can be assessed as cost-effective.

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