Abwasserentsorgung und -behandlung

in urbanen Räumen Chinas

Technische Universität Darmstadt

Fachbereich Bauingenieurwesen

Institut

WAR

Masterstudiengang: Civil Engineering

M. Sc. Yue Chang

Master Thesis, Juni 2004

Überarbeitung, März 2009

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INHALTVERZEICHNIS

1

Einleitung···················································································································4

2

Rechtliche Grundlagen ······························································································5

2.1

Verordnungen und technische Richtlinien auf nationaler Ebene·······························5

2.1.1

Versorgung ················································································································5

2.1.2

Entsorgung ··············································································································13

2.2

Verordnungen und technische Richtlinien auf regionaler Ebene·····························16

2.2.1

Region Shanghai ·····································································································16

2.2.2

Region Qingdao·······································································································22

3

Statistische Datenerhebung von zwei ausgewählten Regionen ······························23

3.1

Nationale Statistik····································································································23

3.2

Region Shanghai ·····································································································25

3.3

Region Qingdao·······································································································29

4

Abwasserentsorgungs- und -behandlungssysteme·················································33

4.1

Komponenten der Abwasserentsorgung und -behandlung ·····································33

4.2

Abwasserteilströme ·································································································35

4.2.1

Grauwasser ·············································································································35

4.2.2

Gelbwasser··············································································································39

4.2.3

Braunwasser············································································································40

4.2.4

Schwarzwasser ·······································································································40

4.3

Zusammenstellung der Behandlungssysteme·························································41

4.3.1

Belebungsverfahren ································································································41

4.3.2

Bewachsene Bodenfilter··························································································43

4.3.3

SBR-Verfahren ········································································································46

4.3.4

Biofilmverfahren·······································································································48

4.3.5

Biofilter·····················································································································51

4.3.6

Membranbelebungsverfahren··················································································53

4.3.7

Anaerobe Verfahrenssystem-Biogasanlage mit BHKW···········································56

4.3.8

Übersicht der Bemessungskennzahlen ···································································58

5

Bewertungssystem ··································································································60

5.1

Aufbau/Erläuterung des Bewertungssystems··························································60

5.2

Bewertungsverfahren ······························································································67

5.3

Analyse und Feststellung des Kriterienkatalogs······················································70

6

Auswertung der ausgewählten, technischen Konzepte···········································75

6.1

Technische Konzepte in Shanghai ··········································································77

6.1.1

Randbedingungen ···································································································77

6.1.2

Erläuterung der technischen Systemkonzepte ························································80

2

---

6.1.2.1 Systemvariante 1: PKA + Membranbelebungsverfahren·········································81

6.1.2.2 Systemvariante 2: Mischsammlung + SBR-Verfahren ············································85

6.1.3

Auswertung der Systemkonzepte 1 und 2, Shanghai··············································89

6.2

Technische Konzepte in Qingdao············································································91

6.2.1

Randbedingungen ···································································································91

6.2.2

Erläuterung der technischen Systemkonzepte ························································94

6.2.2.1 Systemvariante 1: Biogasanlage + Rotationstauchkörper·······································95

6.2.2.2 Systemvariante 2: Mischsammlung + SBR Verfahren···········································103

6.2.3

Auswertung Systemkonzepte 1 und 2, Qingdao····················································106

7

Fazit·······················································································································109

Tabellenverzeichnis··············································································································110

Abbildungsverzeichnis··········································································································113

Anhänge ·······························································································································114

Abkürzungslisten ··················································································································132

Literatur ·······························································································································135

3

---

1 Einleitung

Wegen der raschen Städteentwicklung in China kann Abwasserentsorgung und -

behandlung mit dem Stadtwachstum nicht mithalten. Zentrale Entwässerungssys-

teme und Behandlungsanlagen sind relativ unflexibel bezüglich schneller Verände-

rungen von Einzugsgebieten. Es besteht durchaus auch kaum die Möglichkeit, das

Wasser in den Kreislauf wieder einzuführen.

Um einer verstänkerten Gewässer- und Umweltverschmutzung und der Übernut-

zung vorhandener Grundwasserressourcen entgegenzuwirken, sind für Megacities

alternative Systeme der Abwasserentsorgung, -behandlung und Brauchwasserver-

sorgung zu entwickeln.

Im Rahmen der Masterarbeit soll der derzeitige Stand der Abwasserentsorgung und

Abwasserbehandlung in zwei Beispielregionen Chinas, Shanghai und Qingdao, be-

schrieben werden und alternative technische Lösungsmöglichkeiten herausgearbei-

tet und ausgewertet werden.

Zuerst werden in dieser Arbeit die rechtlichen Grundlagen beschrieben. Die wich-

tigsten technischen Standards, Grenzwerte und Gesetze, z. B. Trinkwasserqualität

und -mengen, Einleitungsklasse des Abwassers, einzuhaltende Grenzwerte bei der

Abwasserableitung, Brauchwasserqualität, Brauchwasserversorgung sowie vorhan-

dene, 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 Trink-

wasserverbrauch, Abwassermengen, -behandlungsgrad und -zusammensetzungen.

Als Nächstes werden Techniken über Abwasserentsorgungs- und -behandlung-

ssysteme zusammengestellt. Wenn die deutschen und chinesischen Bemessungs-

werte vorhanden sind, werden sie gegenseitig dargestellt.

Um später die ausgewählten Systemkonzepte auszuwerten, soll ein Bewertungssys-

tem 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 Alterna-

tive auszuwählen.

Als Anhänge werden alle aus Gesetzen entnommenen Tabellen, die in der Arbeit

lediglich mit wichtigen Teilen dargestellt werden, komplett dargestellt.

4

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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. Außer-

dem werden die wichtigsten, regionalen Verwaltungsvorschriften über Wasserver-

sorgung, 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 ver-

schiedene Systeme der Abwasserentsorgung und Behandlungssystem zu entwi-

ckeln und zu vergleichen sind, ist es wichtig, Kenntnis über den Trinkwasser-

verbrauch 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 Quali-

tätsanforderungen zu kennen, da das Brauchwasser in unterschiedlichen Bereichen

des täglichen Lebens verwendet wird. Im ,,Standard für Brauchwasserwiederver-

wendung im Gebäude", ,,Standards der Wasserqualität für die landschaftliche Be-

wässerung" und ,,Standard für Abwasserwiederverwendung" werden die Qualitäts-

anforderungen 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 eini-

ge 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.

5

---

Tabelle 2-1: wichtige Parameter der Trinkwasserqualität, [GB 5749-2006]

Parameter Grenzwert

Färbung [°]

15 ohne andere Farbe

Trübung [NTU]

3Ausnahmefall 5

Ohne bemerkbaren Geruch

Geruch und Geschmack

Allgemeine physikalische

und Geschmack

und chemische Parame- sichtbare Partikel

keine

ters

pH [-]

6,5-8,5

Härte (als CaCO3) [mg/l]

450

Chloride [mg/l]

250

lösliche Partikel [mg/l]

1.000

gesamte Koloniezahl [ /ml]

100

gesamte Kolibakterienzahl [ /l] 3

Mikrobiologische Parame-

ter

Nach 30 min. Kontaktzeit

freies Chlor

0,3 mg/l, am Ende des

Netzes 0,05 mg/l

Weiteres ist in den

,,Standard für häuslichen Trinkwasserverbrauch"

[GB/T
50331-2002]

geregelt. Da China sehr großräumig ist, sind die örtlichen Gegebenhei-

ten aufgrund von Klimas, Ökonomie, Geologie sowie Gewohnheiten usw., in ver-

schiedenen 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 befind-

lichen 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 Sanitäreinrich-

tungen der betroffenen Städten und Provinzen nur Wasserhähne in Haushalten vor-

handen, 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 be-

troffenen Städten und Provinzen in Haushalten vorhanden, wird der obere Grenz-

wert genommen, d.h. für Shanghai 180 l/(E·d) und für Qingdao 140 l/(E·d). Die kom-

plette 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 un-

tersucht. Aus diesen Untersuchungen war die durchschnittliche Verteilung des häus-

lichen Trinkwasserverbrauchs (s. Tabelle 2-2) zum Ergebnis gekommen.

6

---

Tabelle 2-2: Verteilung des häuslichen Trinkwasserverbrauchs [l/(E·d)],

[GB/T 50331-2002]

Knapp (A)

[%]

Spar (B)

[%]

Normal[C]

[%]

Toilette

30,00

34,8 35,00

32,1 40,00

29,1

Dusche/Bad 21,80

25,3

32,40 29,7

39,60

28,8

Wäsche

Waschen 7,23

8,4 8,55

7,8 9,32

6,8

Küche

21,38

24,8 25,00

23,0 29,60

21,5

Trinken

1,80

2,1 2,00

1,8 3,00

2,2

Bewässerung 2,00 2,3 3,00

2,8 8,00

5,8

Putzen

2,00

2,3 3,00

2,8 8,00

5,8

Summe

86,21

100 108,95

100 137,52

100

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 Sanitär-

einrichtungen installiert,

B: Apartmentwohnungen: es sind nur allgemeine Wasserversorgungs- und Abwas-

serentsorgungseinrichtungen vorhanden.

C: gehobene/luxuriöse Wohnungen: es sind komplette und sehr gute Wasserver-

sorgungs- und Abwasserentsorgungseinrichtungen vorhanden.

Dieser Trinkwasserverbrauch und -verteilung in verschiedenen Haushalttypen be-

zeichnet nur die Grundnutzungen im Haushalt, erfassen keine Verluste oder zusätz-

lichen Mengen wegen Besuchen usw. Der reale Verbrauch in Haushalten der drei

Haushalttypen laut der Untersuchungen ist Tabelle 2-3

[GB/T 50331-2002]

zu ent-

nehmen. Es ist eindeutig, dass der reale Verbrauch viel höher als die Planungswer-

te ist.

Tabelle 2-3: der reale häuslichen Trinkwasserverbrauchs in verschieden

Regionsgruppen, [l/(E·d)], [GB/T 50331-2002]

Durchschnitt

Regionsgruppen A

B

C

bei Regionsgruppen

I 46

104

155

101

II 66

98

187

117

III 122

152

249

174

IV 151

227

240

206

V 67

112

135

105

VI 101

158

212

146

Durchschnitt

92 142 196 142

bei Haushalttypen

7

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Das Hauptziel von alternativen Abwasserentsorgungen und Behandlungssystemen

ist, den Wasserkreislauf zu schließen. Daher spielt die Wiederverwendung von be-

handelten Abwässern eine wichtige Rolle. Im

,,Standard für innerstädtische
Brauchwasserverwendung"

[GB 18920-2002]

werden die Brauchwasserherkunft,

Behandlungstechniken sowie die Brauchwasserqualität für allgemein häusliche Nut-

zungen und landschaftliche Nutzungen geregelt.

Dieser hier dargestellte Standard ist eine Entwurfversion. Um den Standard richtig

aufzustellen, haben einige Institutionen gemeinsame nationale Untersuchungen ü-

ber Brauchwasserherkunft, und mögliche Brauchwasserverwendungen durchgeführt.

Normalerweise wird der Trinkwasserverbrauch in Statistiken grob aufgezeigt, indem

der häusliche bzw. haushaltähnliche Verbrauch und der Verbrauch in Öffentlichein-

richtungen, 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 wesent-

lich, 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 Bü-

rogebäuden 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, Ho-

tels/Gastronomie und Bürogebäuden, [GB 50336-2002]

Haushalt Hotel/Gastronomie

Bürogebäude

[l/(E·d)] [%] [l/(E·d)] [%] [l/(E·d)]

[%]

Toilette 40-60

31-32

50-80

13-19

15-20

60-66

Küche 30-40

23-21

-- --

--

--

Bad/Duschen 40-60

31-32 300

79-71 --

--

Waschen 20-30 15 30-40 8-10

10 40-34

Summe 130-190

100

380-420

100

25-30

100

Auch die Frachten aus den oben genannten drei Bereichen wurden beim Standard-

entwurf 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 Eigenschaf-

ten sind für Grauwasserbehandlung von Bedeutung.

8

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Tabelle 2-5: Frachten der Abwässer aus Haushalten, Hotels/Gastronomie

und Bürogebäuden, [GB 50336-2002]

Haushalt Hotels/Gastronomie

Bürogebäude

[mg/l]

BSB5 CSB TS BSB5 CSB TS BSB5 CSB

TS

Toilette

200-260 300-360 250 250

300-360 200

300

360-480 250

900-

Küche 500-800

250

-- -- --

--

-- --

1350

Duschen 50-60 120-135 100 40-50 120-150 80 -- --

--

Waschen 60-70 90-120 200 70

150-180 150 70-80

120-150

200

Im

[GB 50336-2002]

wird es empfohlen, dass die Abwassermengen mit 80 - 90%

des Trinkwasserverbrauchs berechnet werden, die Mengen aus Brauchwasserher-

kunft, die wieder verwendet werden sollen, sind 110 - 115% des Brauchwasser-

verbrauchs, 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 Gliede-

rungen von Wiederverwendung tabellarisch in der Tabelle 2-6 dargestellt. Es wird

nach landwirtschaftlichen, industriellen und landschaftlichen Nutzungen, Wieder-

verwendungen in Städten sowie die Anreicherungen von Wasserressourcen unter-

schieden:

9

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Tabelle 2-6: Verwendungsmöglichkeiten des Brauchwassers, [GB 18919-

2002

]

Bewässerung in der Landwirtschaft

Forstwirtschaft

Landwirtschaftliche

Nutzung

Bauernhof, Weidehof

aquatische Produktionen

Kühlwasser

Waschwasser

Industrielle Nutzung Nutzwasser in Dampfkesselanlagen

Produktionswasser

Wasser aus der Erdölförderung

Grünflächenbewässerung

Toilettespülung und Straßereinigung

In Städten

Auto waschen

Baustellenwasser

Löschwasser

Anschauliche Wassernut- Künstlicher Wasserfall, -brunnen, -

zung

speicher, Flüsse, See usw.

Landschaftliche Was- Erholungsverwendung

Künstliche Surfanlage, usw.

sernutzung

Anbau von künstlichen

Nassböden

Anreicherung der Oberflä- Flüsse, Seen

chengewässer

Anreicherung von

Wasserressourcen

Vermeidung der Senkung von Bö-

Anreicherung des Grund- den, und des Eindringens von Salz-

wassers

wasser

In diesem Entwurf

[GB 18920-2002]

werden auch die Qualitätsanforderungen von

Brauchwasser festgelegt, das in unterschiedlichen Bereichen verwendet wird, wie z.

B., Toilettenspülung, Straßenreinigung, Löschwasser und Baustellenwasser, Be-

wässerung von öffentlichen Grünflächen, Autowaschen, Putzen usw.. Die hier auf-

gezeigten Parameter stellen von der technischen Seite die Qualitätsanforderungen

des Brauchwassers dar. Die weiteren konkreten Parameter bezüglich der Wasser-

qualität des Brauchwassers aus diesem Standardentwurf sind als komplette Tabelle

dem Anhang 3 zu entnehmen.

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